JP2006071562A - Angle sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角度センサ、特に、回転自在に設置された磁石と該磁石からの磁界の影響を受ける位置に固定された磁気検知素子とからなり、前記磁石の回転角度を前記磁気検知素子の出力に基づいて検出する非接触型の角度センサに関する。 The present invention comprises an angle sensor, in particular, a magnet installed rotatably and a magnetic sensing element fixed at a position affected by the magnetic field from the magnet, and the rotational angle of the magnet is output from the magnetic sensing element. The present invention relates to a non-contact type angle sensor that detects based on the above.
従来、角度センサとしては、図8に示すように、直方体形状の磁石51に磁気検知素子52を対向させて配置し、図示しない回転軸に取り付けた磁石51の回転角度(回転中心をPとする)を位置が固定された磁気検知素子52の出力に基づいて検出するものが提供されている。
Conventionally, as an angle sensor, as shown in FIG. 8, a rotation angle (rotation center is P is a rotation angle) of a
磁気検知素子52とは、ホール素子や磁気抵抗素子であり、該素子52を垂直に通過する磁束密度の大きさに比例した出力電圧を発生したり、抵抗値が変化する素子である。例えば、ホール素子であれば、磁石51に対する円周方向の相対的な位置がA〜Eと変化することに応じてその出力電圧が変化する。
The
ところで、この種の角度センサに搭載されている磁石51では、図9に示すように、磁石51の中心軸Lと、N極及びS極の磁軸Mとの間に傾斜角度θが生じると、磁気検知素子52によって検知される絶対角度と検知角度のリニアリティを著しく低下させるという問題点を有していた。
By the way, in the
ここで、前記傾斜角度θが発生する原因について説明する。通常、磁力の大きな磁石は異方性の材料を用いて成形する。異方性とは、磁石材料の粉末の持つ磁区(磁化する単位)の方向を一方向に揃えて大きな磁力をなす性質をいう。異方性の磁石は、図10に示すように、材料粉末51’を金型55,56にてプレス成形する際に、平行磁場(矢印参照)を印加し、磁場の方向に磁区を揃える。
Here, the cause of the inclination angle θ will be described. Usually, a magnet having a large magnetic force is formed using an anisotropic material. Anisotropy refers to the property of making a large magnetic force by aligning the direction of magnetic domains (magnetizing units) of the magnetic material powder in one direction. As shown in FIG. 10, the anisotropic magnet applies a parallel magnetic field (see arrows) when the
即ち、金型55,56に平行磁場がかけられ、この状態で磁性体である磁石材料の粉末51’を金型55,56内に投入すると、平行磁場は図10に矢印で示すように集中する。その結果、プレス成形されたインゴットの端部ほど、インゴットの中心軸に対して磁区の向きは傾きを持つことになる。その後、このインゴットは焼結され、図11に示すように、所定の大きさの磁石51にカッティングされ、さらに着磁される。
That is, a parallel magnetic field is applied to the
カッティングされた磁石51は成形時の磁区の方向に着磁されるため、インゴットの端部(図11に円で囲った部分参照)からカッティングされた磁石51ほど傾斜角度θが大きくなる。一方、インゴットの中心部分からカッティングされた磁石51は傾斜角度θが小さい。従来では、これらの磁石51を無作為に取り出して搭載していたため、搭載された角度センサの品質にばらつきを生じていたのである。
Since the
プレス成形時での平行磁場の改善は、現状では、技術的及び設備的に限界があり、傾斜角度θの小さい磁石のみを量産することはできていない。インゴットの中心部分からカッティングされた傾斜角度θの小さい磁石のみを選別することは手間とコストを要し、現実的ではない。 At present, the improvement of the parallel magnetic field at the time of press molding is limited in terms of technology and equipment, and it is not possible to mass-produce only magnets having a small inclination angle θ. Sorting only the magnet with a small inclination angle θ cut from the center portion of the ingot requires labor and cost, and is not practical.
特許文献1には、角度検知出力の直線性を改善するため、磁石を半円形状として回転軸の側溝に嵌合させ、ホール素子を該磁石に対向させて位置固定した角度センサが開示されている。しかし、半円形状の磁石であっても、前述の如く磁軸に傾斜を生じて品質がばらつくという不具合が解消されることはない。
そこで、本発明の目的は、磁軸に傾斜を生じている磁石であっても任意の組合せによって磁軸の傾斜角度を緩和し、品質のばらつきの少ない、即ち、検知できる絶対角度と検知のリニアリティを保証できる角度センサを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to relax the tilt angle of the magnetic axis by any combination even if the magnet has a tilted magnetic axis, and there is little variation in quality, that is, the detectable absolute angle and the linearity of detection. It is to provide an angle sensor that can guarantee
以上の目的を達成するため、本発明は、回転自在に設置された磁石と該磁石からの磁界の影響を受ける位置に固定された磁気検知素子とからなり、前記磁石の回転角度を前記磁気検知素子の出力に基づいて検出する角度センサにおいて、前記磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a magnet installed rotatably and a magnetic sensing element fixed at a position affected by the magnetic field from the magnet, and the rotational angle of the magnet is detected by the magnetic sensing. In the angle sensor that detects based on the output of the element, the magnet is configured as a single magnet block by combining a plurality of magnets in the magnetization direction.
本発明に係る角度センサにおいて、磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成したため、たとえ磁軸に傾斜を生じていても磁石ブロックとしての磁軸の傾斜角度は緩和され(詳細は実施例で詳述する)、結果的に磁軸の傾斜角度のばらつきは単一の磁石を搭載する場合よりも小さくなり、品質のばらつきが小さくなる。即ち、検知できる絶対角度と検知のリニアリティが向上する。 In the angle sensor according to the present invention, since the magnet is configured as a single magnet block by combining a plurality of magnets in the magnetization direction, the inclination angle of the magnetic axis as the magnet block is relaxed even if the magnetic axis is inclined. (Details will be described in detail in the embodiment) As a result, the variation in the tilt angle of the magnetic axis becomes smaller than that in the case of mounting a single magnet, and the variation in quality becomes smaller. That is, the absolute angle that can be detected and the linearity of detection are improved.
本発明に係る角度センサにおいて、前記磁石ブロックは複数の磁石を直接接合したものであってもよく、あるいは、磁石と磁石との間に磁性体を挟着したものであってもよい。前者は、磁石ブロックのサイズが従来搭載されていた1個の磁石と同じであれば、同等の磁界の強さを得ることができる。後者は、挟着された磁性体は磁軸の方向に傾きを生じないため、ブロックとしての磁軸の傾斜角度を前者の場合よりも一層緩和することができる。また、3以上の磁石を組み合わせる場合には、直接接合と磁性体の挟着を組み合わせることも可能である。 In the angle sensor according to the present invention, the magnet block may be one obtained by directly joining a plurality of magnets, or may be one in which a magnetic body is sandwiched between magnets. The former can obtain the same magnetic field strength if the size of the magnet block is the same as that of a conventional magnet. In the latter, since the sandwiched magnetic body does not tilt in the direction of the magnetic axis, the tilt angle of the magnetic axis as a block can be more relaxed than in the former case. Moreover, when combining three or more magnets, it is also possible to combine direct bonding and magnetic material sandwiching.
本発明によれば、磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成したため、従来と同じ製法で製作された磁軸に傾斜を生じている磁石を用いて品質のばらつきの小さな角度センサを得ることができる。 According to the present invention, since the magnet is configured as a single magnet block by combining a plurality of magnets in the magnetizing direction, quality variations using a magnet with a tilted magnetic axis manufactured by the same manufacturing method as the conventional method are not required. A small angle sensor can be obtained.
以下、本発明に係る角度センサの実施例について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of an angle sensor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(第1実施例、図1〜図4参照)
本発明の第1実施例である角度センサ1Aは、図1及び図2に示すように、矢印a及びそれとは逆方向に回転自在なシャフト10に二つの磁石15a,15bからなる磁石ブロック15を固定し、該磁石ブロック15と対向するように中立検出位置Cに磁気検知素子であるホール素子20を位置固定で配置したものである。シャフト10の回転中心及び磁石ブロック15の中心は符号P1で示すように一致している。
(Refer 1st Example and FIGS. 1-4)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
より詳しくは、図3及び図4に示すように、磁石ブロック15は、シャフト11の先端にアタッチメント12を介して装着されたシャフト10に取り付けられ、ホルダ13によって保持されている。なお、14はカバー、17はベアリング、18はばね部材、19はOリングである。一方、ホール素子20は基板21に取り付けられており、基板21はソケット22を備えている。
More specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the
この角度センサ1Aにおいて、シャフト11の回転に基づいてシャフト10や磁石ブロック15などが一体的に回転し、磁石ブロック15の回転角度に応じて変化する磁界の変化をホール素子20が検知し、該素子20の出力に基づいてその回転角度が検出される。
In the
ここで、磁石ブロック15について説明する。磁石ブロック15はそれぞれ直方体形状の同サイズの磁石15a,15bを異極どうしを直接接合したものであり、接合に接着剤は不要である。
Here, the
但し、シャフト10に搭載する際には、各磁石15a,15bの位置ずれが発生しないように、磁石15a,15bを直接接合した状態で所定の枠体(図示せず)にはめ込み、該枠体にエポキシ樹脂を流し込んで固定することが好ましい。
However, when mounting on the
このように、磁石15a,15bを接着剤を介在させることなく直接接合させれば、接着剤によって磁界の強さが弱まることなく、磁石ブロック15と同じサイズの1個の磁石と同等の磁界の強さを得ることができる。
In this way, if the
各磁石15a,15bは、図10及び図11で説明したように、プレス成形されたインゴットから個々にカッティングされて製作される。この場合、0〜±4°の傾斜角度θが不可避的に生じる。磁軸Mが中心軸Lに対して図9中右方に傾いている場合を+、左方に傾いている場合を−とする。
Each
ところで、二つの磁石15a,15bを組み合わせた場合、図2に示すように、磁石15aの磁軸Maと磁石15bの磁軸Mbとの合成磁軸Mcの傾斜角度は、各磁軸Ma,Mbの絶対値の大きいほうの傾斜角度よりも小さくなる。例えば、傾斜角度θが−4°の磁石と傾斜角度θが+1°の磁石を組み合わせて磁石ブロックとした場合、ホール素子20が検知する絶対角度のずれやリニアリティは、傾斜角度θが+1°の磁石よりは低下するが、傾斜角度θが−4°の磁石よりは向上し、磁石ブロックとして見た場合の傾斜角度θは結果的に緩和されることになる。それゆえ、角度センサとしての検知絶対角度や検知リニアリティが全体として向上し、品質のばらつきが小さくなる。
By the way, when the two
以下に示す表1は、磁石インゴットからカッティングした磁石の2個を組み合わせて磁石ブロックを構成した場合の組合せ確率をまとめたものである。例えば、±4°の範囲で傾斜角度θが正規分布する磁石を母集団とし、この中から2個の磁石を任意に抜き取った場合、存在確率が少ない傾斜角度θが+4°と−4°の磁石を抜き取って組み合せる確率は極めて少ない。即ち、1個の磁石で傾斜角度θが±4°のものはそれぞれ1.1%ずつ存在するが、これらの2個が組み合わされる確率は0.0007%(表1では0.0%として示した)であり、滅多に発生しないことになる。 Table 1 shown below summarizes the combination probabilities when a magnet block is configured by combining two magnets cut from a magnet ingot. For example, when a magnet having a normal distribution of inclination angles θ in a range of ± 4 ° is used as a population, and two magnets are arbitrarily extracted from these, inclination angles θ having a low existence probability are + 4 ° and −4 °. The probability of extracting and combining the magnets is very low. That is, there is 1.1% of one magnet with an inclination angle θ of ± 4 °, but the probability that these two are combined is 0.0007% (shown as 0.0% in Table 1). And rarely occurs.
換言すれば、磁石インゴットからカッティングした磁石の2個を組み合わせると、合成傾斜角度の小さいものが元の母集団よりも多くなり、かつ、合成傾斜角度の大きいものは極端に少なくなる。 In other words, when two magnets cut from the magnet ingot are combined, the number with a small combined tilt angle is larger than that of the original population, and the number with a large combined tilt angle is extremely small.
(第2実施例、図5及び図6参照)
本発明の第2実施例である角度センサ1Bは、図5及び図6に示すように、基本的には前記第1実施例である角度センサ1Aと同様の構成からなり、同じ部材、部分には図1及び図2と同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
(Refer to the second embodiment, FIGS. 5 and 6)
As shown in FIGS. 5 and 6, the
本第2実施例において第1実施例と異なる点は、磁石15a,15bの間に磁性体15cを挟着して磁石ブロック15を構成したことである。
The second embodiment differs from the first embodiment in that a
磁石15a,15bの間に挟着される磁性体15cは磁軸に傾きを生じることはない。よって、磁石15a,15bがそれぞれ磁軸に傾斜角度θを有していても、合成傾斜角度は磁石15a,15bを直接接合した第1実施例の場合よりもさらに緩和される。磁界の強さを問題としなければ、磁性体15cの厚みが大きいほど合成傾斜角度は大きく緩和される。
The
(磁石ブロックの回転中心、図7参照)
本発明に係る角度センサにおいて、磁石ブロック15の回転中心はホール素子20に対して任意の位置に設定することができる。前記第1及び第2実施例では、図7(A)に示すように、磁石ブロック15の中心P1が回転中心でもある。また、図7(B)に示すように、磁石ブロック15の中心P1から離れた位置に回転中心P3が設定されてもよい。このように、磁石ブロック15の中心P1とホール素子20との距離は磁石ブロック15の回転に応じて一定でない場合が生じるが、回転中心P3とホール素子20との距離は常時一定である。
(Rotation center of magnet block, see Fig. 7)
In the angle sensor according to the present invention, the rotation center of the
(他の実施例)
なお、本発明に係る角度センサは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
(Other examples)
The angle sensor according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the gist thereof.
例えば、磁気検知素子として前記ホール素子以外に磁気抵抗素子を使用してもよい。また、磁石及び磁性体を回転軸に取り付ける構造や磁気検知素子との位置関係は任意であることは勿論である。 For example, a magnetoresistive element other than the Hall element may be used as the magnetic sensing element. Of course, the structure of attaching the magnet and the magnetic body to the rotating shaft and the positional relationship with the magnetic sensing element are arbitrary.
さらに、磁石ブロックを構成する磁石の個数は2以上であり、合成傾斜角度が緩和されるように、ブロック全体として一つの磁石を形成するように任意に組み合わせることができる。 Furthermore, the number of magnets constituting the magnet block is two or more, and the magnet block can be arbitrarily combined so as to form one magnet as a whole block so that the combined inclination angle is relaxed.
1A,1B…角度センサ
15…磁石ブロック
15a,15b…磁石
15c…磁性体
20…ホール素子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記磁石は複数の磁石を着磁方向に組み合わせて一つの磁石ブロックとして構成されていること、
を特徴とする角度センサ。 In an angle sensor comprising a magnet installed rotatably and a magnetic sensing element fixed at a position affected by the magnetic field from the magnet, and detecting the rotation angle of the magnet based on the output of the magnetic sensing element,
The magnet is configured as a single magnet block by combining a plurality of magnets in the magnetization direction;
An angle sensor characterized by.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004257711A JP2006071562A (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Angle sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2004257711A Pending JP2006071562A (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Angle sensor |
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Country | Link |
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-
2004
- 2004-09-03 JP JP2004257711A patent/JP2006071562A/en active Pending
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