JP2005091013A - Magnetic type rotary position sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁束の変化を電圧に変換する磁電変換素子を用いて非接触で回転角の絶対位置を電気的な出力として検出する磁気式ロータリポジションセンサに関するものである。 The present invention relates to a magnetic rotary position sensor that detects an absolute position of a rotation angle as an electrical output in a non-contact manner by using a magnetoelectric conversion element that converts a change in magnetic flux into a voltage.
磁束の変化を電圧に変換する磁電変換素子を用いて非接触で回転角の絶対位置を電気的な出力として検出する磁気式ロータリポジションセンサとしては、先願である特願2003−285194号の明細書等に記載された磁気式ロータリポジションセンサがある。 Japanese Patent Application No. 2003-285194, which is a prior application, is a magnetic rotary position sensor that detects an absolute position of a rotation angle as an electrical output in a non-contact manner using a magnetoelectric transducer that converts a change in magnetic flux into a voltage. There is a magnetic rotary position sensor described in a document.
図7は上記の先願の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、軟質磁性材料からなる円筒状のヨーク1の中に円弧角α(α≦180°)の半円筒状の第1、第2のマグネット2a、2bが対向して配置され、各々のマグネット2a、2bは内周面にN、S極が対向するように着磁されている。また、マグネット2a、2bによって形成された空間内に磁気センサ3が配置され、磁気センサ3はヨーク1の中心Oを中心としかつ半径rの円を考えたとき、その円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に配置されており、半径rは磁気センサ3の外形寸法幅wの1/2以上である。そして、ヨーク1が磁気センサ3に対して中心Oを回転中心として回転する。
FIG. 7 is a view showing a basic configuration of the magnetic rotary position sensor of the above-mentioned prior application. As shown in the figure, semi-cylindrical first and
この磁気式ロータリポジションセンサにおいては、図7に示す状態のときには、磁気センサ3の感磁面に直角に交わる磁束の成分はなく、図7に示す状態からヨーク1が±90°回転した状態のときには、磁気センサ3の感磁面に直角に交わる磁束成分がもっとも大きくなる。すなわち、円筒内の磁界が平行な磁界とならず、中心から遠ざかるにつれて若干湾曲した形状になることを積極的に利用すると、半径r、円弧角αを適当に選ぶことにより、磁気センサ3の検出磁束密度を直線近似することができる。
In this magnetic rotary position sensor, in the state shown in FIG. 7, there is no magnetic flux component intersecting at right angles to the magnetic sensing surface of the
そして、このような磁気式ロータリポジションセンサにおいては、マグネット2a、2bによって形成された空間には磁性材料はなく、空気だけなので、ヒステリシス現象は発生しない。また、ヨーク1の中心Oを中心としかつ磁気センサ3の外形寸法幅wの1/2以上の値を半径rとする円を考えたときに上記円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に磁気センサ3を配置しているから、磁気センサ3に対するヨーク1の回転角度θの広い範囲に亘って検出誤差が小さくなる。
In such a magnetic rotary position sensor, there is no magnetic material in the space formed by the
なお、この種の従来技術について記載されている文献としては、特許文献1、2を挙げることができる。
図8は図7に示した磁気式ロータリポジションセンサの動作説明図で、(a)は図7に示した磁気式ロータリポジションセンサにおける回転角度θと検出磁束密度との関係を示すグラフで、曲線aは磁気センサ3の検出部を通過する磁束量の絶対値の変化を示し、曲線bは磁気センサ3の実際の検出磁束密度の変化を示す(なお、回転角度θ、検出磁束密度が共に正である領域では曲線a、bが重複)。また、(b)〜(d)は図7に示した磁気式ロータリポジションセンサのマグネット2a、2bと磁気センサ3との位置関係を示す図であり、(b)は回転角度θが最小検出回転角度θminの状態を示し、(c)は回転角度θが0の状態を示し、(d)は回転角度θが最大検出回転角度θmaxの状態を示す。そして、図8(a)に示すように、磁気センサ3の検出部を通過する磁束量の絶対値の変化を示す曲線aは縦軸に対して対称となるが、磁気センサ3に対してヨーク1が回転するから、回転角度θが0のときに磁気センサ3の検出部の極性が反転し、磁気センサ3の実際の検出磁束密度の変化は曲線bで示されるようになる。このため、回転角度θが0の位置に変極点が表われ、近似直線cで示される磁気センサ3の理想的な検出磁束密度に対する磁気センサ3の実際の検出磁束密度の誤差すなわち直線誤差が生じる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the magnetic rotary position sensor shown in FIG. 7. FIG. 8A is a graph showing the relationship between the rotation angle θ and the detected magnetic flux density in the magnetic rotary position sensor shown in FIG. a represents the change in the absolute value of the amount of magnetic flux passing through the detection unit of the
また、図9、図10は図7に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと検出磁束密度との関係を示すグラフで、図9は円弧角αを143°とし、検出角度範囲を±60°としたときの回転角度θと検出磁束密度との関係を示し、図10は円弧角αを166°とし、検出角度範囲を±75°としたときの回転角度θと検出磁束密度との関係を示し、図9、図10の(b)は(a)の一部(回転角度θが0〜45度、検出磁束密度が0〜50mTの範囲)を拡大して示したものであり、検出磁束密度の変化を示す曲線bとともに近似直線aを示している。また、図11は図7に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフで、曲線a1、b1はそれぞれ円弧角αを143°、166°とした場合を示す。そして、図9〜図11から明らかなように、磁気センサ3の検出磁束密度の回転角度θが±30度付近における直線誤差すなわち検出角度範囲中心部の直線誤差が大きくなり、しかも検出角度範囲中心部の直線誤差は円弧角αを大きくして、検出角度範囲を大きくした方が大きくなる。
9 and 10 are graphs showing the relationship between the rotation angle θ of the magnetic rotary position sensor shown in FIG. 7 and the detected magnetic flux density. FIG. 9 shows the arc angle α as 143 °, and the detection angle range is ± FIG. 10 shows the relationship between the rotation angle θ and the detected magnetic flux density at 60 °, and FIG. 10 shows the relationship between the rotation angle θ and the detected magnetic flux density when the arc angle α is 166 ° and the detection angle range is ± 75 °. FIGS. 9 and 10 (b) show an enlarged view of a part of (a) (rotation angle θ is 0 to 45 degrees and detected magnetic flux density is 0 to 50 mT). An approximate straight line a is shown together with a curve b indicating a change in detected magnetic flux density. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the rotation angle θ and the linear error of the magnetic rotary position sensor shown in FIG. 7, and the curves a1 and b1 show the cases where the arc angle α is 143 ° and 166 °, respectively. . 9 to 11, the linear error when the rotation angle θ of the detected magnetic flux density of the
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、磁電変換素子の検出磁束密度の直線誤差が小さい磁気式ロータリポジションセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic rotary position sensor with a small linear error in the detected magnetic flux density of the magnetoelectric transducer.
この目的を達成するため、本発明においては、円筒状のヨークの内面に半円筒状で内周面にN、S極が対向するように着磁された第1、第2のマグネットを対向させて配置し、上記第1、第2のマグネットによって発生する磁界中に上記第1、第2のマグネットに対して回転する磁電変換素子を配置し、上記ヨークの中心を中心としかつ上記磁電変換素子の外形寸法幅の1/2以上の値を半径とする円を考えたときに上記円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に上記磁電変換素子を配置し、上記第1、第2のマグネットの円周長の中心部の起磁力を大きくする。
In order to achieve this object, in the present invention, the first and second magnets, which are semi-cylindrical on the inner surface of the cylindrical yoke and magnetized so that the N and S poles face each other, face each other. Arranged in a magnetic field generated by the first and second magnets, the magnetoelectric conversion element rotating with respect to the first and second magnets, the center of the yoke and the magnetoelectric conversion element The magnetoelectric transducer is arranged at a position where a magnetic field component in the tangential direction of the circumference of the circle is detected when considering a circle having a radius of ½ or more of the outer dimension width of the first, The magnetomotive force at the center of the circumferential length of the
この場合、上記第1、第2のマグネットの円周長の中心部に突出部を設けてもよい。 In this case, a protrusion may be provided at the center of the circumferential length of the first and second magnets.
また、上記第1、第2のマグネットの円周長の中心部の着磁量を大きくしてもよい。 Moreover, you may enlarge the magnetization amount of the center part of the circumferential length of the said 1st, 2nd magnet.
本発明に係る磁気式ロータリポジションセンサにおいては、第1、第2のマグネットの円周長の中心部の起磁力が大きいから、磁電変換素子の検出磁束密度の直線誤差を小さくすることができる。 In the magnetic rotary position sensor according to the present invention, since the magnetomotive force at the central portion of the circumferential length of the first and second magnets is large, the linear error of the detected magnetic flux density of the magnetoelectric transducer can be reduced.
図1は本発明に係る磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、軟質磁性材料からなる円筒状のヨーク11の中に半円筒状の第1、第2のマグネット12a、12bが対向して配置され、各々のマグネット12a、12bは内周面にN、S極が対向するように着磁されている。また、マグネット12a、12bによって形成された空間内に磁気センサ13a、13bが配置され、磁気センサ13a、13bはヨーク11の中心を中心とする円を考えたとき、その円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に配置されており、磁気センサ13aの中心線と磁気センサ13bの中心線とは一致しており、磁気センサ13a、13bの中心線はヨーク11の中心を通る。すなわち、円周上180度の間隔で2個の磁気センサ13a、13bが配置されている。また、上記円の半径は磁気センサ13a、13bの外形寸法幅の1/2以上である。そして、ヨーク1が磁気センサ13a、13bに対してヨーク11の中心を回転中心として回転する。また、マグネット12a、12bの円周長の中心部に内側に突出した角形の突出部14が設けられ、マグネット12a、12bの円周長の中心部の起磁力(磁束量)が大きくなっている。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a magnetic rotary position sensor according to the present invention. As shown in the figure, semi-cylindrical first and
この磁気式ロータリポジションセンサにおいては、マグネット12a、12bの円周長の中心部に突出部14が設けられ、マグネット12a、12bの円周長の中心部の起磁力が大きくなっているから、磁気抵抗が大きく磁束が通りづらい回転角度θが0°付近の不足する磁束量を補うことができる。このため、図8の曲線aで示される磁気センサ3の検出部を通過する磁束量の絶対値を回転角度θが0°付近で増加することができるから、磁気センサ3の検出部を通過する磁束量の絶対値の変化を示す曲線を回転角度θが0°付近で直線に近づけることができるので、磁気センサ13a、13bの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。また、円周上180度の間隔で2個の磁気センサ13a、13bが配置されているから、磁気センサ13a、13bの出力の和が一定であることを監視して、磁気センサ13a、13bが正常に機能していることを確認することができる。
In this magnetic rotary position sensor, the
図2はヨーク1、11の外径を20mm、内径を15mm、マグネット2a、2b、12a、12bの厚さを1.5mm、円弧角αを143°、磁気センサ3、13a、13bの中心部のヨーク1、11の中心からの距離を2.72mm、突出部14の幅aを0.7mm、径方向長さbを0.68mmとしたときの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフで、曲線a1は図7に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示し、曲線a2は図1に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示す。そして、図2から明らかなように、突出部14を設けたときには、突出部14を設けない場合と比較して、磁気センサ13a、13bの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
FIG. 2 shows the
図3は円弧角αを166°とし、他の寸法を図2の場合と同様としたときの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフで、曲線b1は図7に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示し、曲線b2は図1に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示す。そして、図3から明らかなように、円弧角αを大きくして、検出角度範囲を大きくした場合にも、突出部14を設けたときには、突出部14を設けないと比較して、磁気センサ13a、13bの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the rotation angle θ and the linear error when the arc angle α is 166 ° and other dimensions are the same as in FIG. 2, and the curve b1 is the magnetic rotary shown in FIG. The case of the position sensor is shown, and the curve b2 shows the case of the magnetic rotary position sensor shown in FIG. As is apparent from FIG. 3, even when the arc angle α is increased and the detection angle range is increased, when the
図4は本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、マグネット12a、12bの円周長の中心部に内側に突出した丸形の突出部15が設けられ、マグネット12a、12bの円周長の中心部の起磁力が大きくなっている。
FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of another magnetic rotary position sensor according to the present invention. As shown in the figure, a
また、図5は本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、マグネット12a、12bの円周長の中心部に内側に突出したV字形の突出部16が設けられ、マグネット12a、12bの円周長の中心部の起磁力が大きくなっている。
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of another magnetic rotary position sensor according to the present invention. As shown in the figure, a V-shaped
図4、図5に示した磁気式ロータリポジションセンサにおいても、マグネット12a、12bの円周長の中心部に突出部15、16が設けられ、マグネット12a、12bの円周長の中心部の起磁力が大きくなっているから、磁気センサ13a、13bの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
Also in the magnetic rotary position sensor shown in FIGS. 4 and 5, the
図6は本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図で、(a)は基本構成そのものを示す図、(b)はマグネット21b(21a)の円周長位置と着磁量との関係を示すグラフで、(b)のA〜C位置は(a)のA〜C位置と対応する。図に示すように、円筒状のヨーク11の中に半円筒状の第1、第2のマグネット21a、21bが対向して配置され、各々のマグネット21a、21bは内周面にN、S極が対向するように着磁されている。また、マグネット21a、21bによって形成された空間内に磁気センサ13a、13bが配置されている。また、マグネット21a、21bの円周長の中心部の着磁量が大きくなっており、マグネット21a、21bの円周長の中心部の起磁力が大きくなっている。
6A and 6B are diagrams showing the basic configuration of another magnetic rotary position sensor according to the present invention. FIG. 6A is a diagram showing the basic configuration itself, and FIG. 6B is the circumferential length position and magnetization of the
図6に示した磁気式ロータリポジションセンサにおいても、マグネット21a、21bの円周長の中心部の着磁量が大きくなっており、マグネット21a、21bの円周長の中心部の起磁力が大きくなっているから、磁気センサ13a、13bの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
In the magnetic rotary position sensor shown in FIG. 6 as well, the magnetizing amount at the center part of the circumferential length of the
なお、磁気センサ13a、13bとしてはホール効果センサや磁気抵抗効果センサ、MI(Magneto-impedance)センサ等の磁電変換素子を用いることができる。そして、感磁部にホール素子を使用し、AD変換、DSP、DA変換回路等を一体化した構造のプログラマブルホールICが、このような用途のために開発されており、磁束密度と出力電圧との関係を決めるゲイン調整や、磁界の極性と出力電圧の極性を変える機能、あるいは温度変化によるマグネットの磁気特性の変化をキャンセルする温度補償機能等を内蔵しており、かつそれらがプログラマブルとなっているので、現状では最も使いやすいものとなっており、ゲイン設定やマグネットの温度補正を簡単に行なうことができる。
As the
また、上述実施の形態においては、突出部として角形の突出部14、丸形の突出部15、V字形の突出部16を設けたが、他の突出部を設けてもよい。また、上述実施の形態においては、図6(b)に示すように着磁量を変化させたが、第1、第2のマグネットの円周長の中心部の起磁力を大きくすればよい。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the square-shaped
11…ヨーク
12a…第1のマグネット
12b…第2のマグネット
13a…磁気センサ
13b…磁気センサ
14…突出部
15…突出部
16…突出部
21a…第1のマグネット
21b…第2のマグネット
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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EP04254578A EP1503183A1 (en) | 2003-08-01 | 2004-07-30 | Magnetic rotary position sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003321534A JP2005091013A (en) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Magnetic type rotary position sensor |
Publications (1)
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Family
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Family Applications (1)
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JP2003321534A Pending JP2005091013A (en) | 2003-08-01 | 2003-09-12 | Magnetic type rotary position sensor |
Country Status (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP4819943B2 (en) * | 2006-04-21 | 2011-11-24 | コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Magnetic rotation angle generator |
JP2019117170A (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | 株式会社Soken | Torque detector |
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2003
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JP2019117170A (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | 株式会社Soken | Torque detector |
JP7005341B2 (en) | 2017-12-27 | 2022-01-21 | 株式会社Soken | Torque detector |
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