JP2006284237A - Rotation angle sensor - Google Patents

Rotation angle sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2006284237A
JP2006284237A JP2005101668A JP2005101668A JP2006284237A JP 2006284237 A JP2006284237 A JP 2006284237A JP 2005101668 A JP2005101668 A JP 2005101668A JP 2005101668 A JP2005101668 A JP 2005101668A JP 2006284237 A JP2006284237 A JP 2006284237A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotation angle
magnetic
circular magnet
arithmetic circuit
combination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005101668A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Menju
良一 毛受
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2005101668A priority Critical patent/JP2006284237A/en
Publication of JP2006284237A publication Critical patent/JP2006284237A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle sensor capable of detecting a rotation angle in an instant when powered up. <P>SOLUTION: A plurality of magnetic yokes 2 are so arranged as to circularly surround the periphery of a circular magnet 1 having magnetic poles radially, and gaps 3 are formed at at least two locations by separating the magnetic yokes 2 adjoining mutually in a circumferential direction. Magnetic elements 4 for detecting magnetic densities are set respectively in these gaps 3 provided at the at least two locations, and an operational circuit 5 for finding a rotation angle which the circular magnet 1 forms with respect to a magnetic yoke 2 from the combinations of the magnetic densities detected by these magnetic elements 4. Thus, an absolute rotation angle within one rotation can be detected in an instant when powered up. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ステアリングシャフトによる操舵角等の回転体の回転角度を検出する回転角度センサに係り、電源投入時に瞬時に回転角度が検出できる回転角度センサに関する。   The present invention relates to a rotation angle sensor that detects a rotation angle of a rotating body such as a steering angle by a steering shaft, and relates to a rotation angle sensor that can instantaneously detect a rotation angle when power is turned on.

従来、ステアリングシャフトによる操舵角は、図7のような回転角度センサで検出されている。   Conventionally, the steering angle by the steering shaft is detected by a rotation angle sensor as shown in FIG.

この回転角度センサは、2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせにより絶対操舵角を求めるようになっている。絶対操舵角とは、ステアリングシャフト73のように複数回転(多回転とも言う)する回転体について1回転目、2回転目、3回転目、…の回転角度を各々区別できるよう、360度を越えても0度にキャンセルされないで増加していく絶対回転角度でもって表した操舵角のことである。   This rotation angle sensor obtains an absolute steering angle by a combination of output signals of the two sensors 71 and 72. The absolute steering angle exceeds 360 degrees so that the rotation angle of the first rotation, the second rotation, the third rotation,... Can be distinguished from each other for a rotating body that rotates a plurality of times (also referred to as multiple rotations) like the steering shaft 73. However, the steering angle is represented by an absolute rotation angle that increases without being canceled at 0 degrees.

すなわち、第一センサ71は、車両のステアリングシャフト73に連結されてステアリングシャフト73と同じ回転角度で回転する光エンコーダ板74と、車両に固定されたLED及びPD(図示せず)からなる光エンコーダモジュール75とで構成されている。光エンコーダ板74は、ステアリングシャフト73の周囲360度を囲む円盤であり、360度に応じたグレイコード又はビットコードからなるコード値に従ってスリット(詳しい形状は略)76が設けられている。光エンコーダモジュール75は、径方向所定の位置に分散配置された複数の検出ポイント77においてLEDとPDのペアで光エンコーダ板74を挟んで向かい合わせになる構成である。光エンコーダ板74が回転すると、LEDから発せられる光がスリット76を通過してPDから出力電圧が得られ、スリット76以外で光が遮られてPDの出力電圧がゼロになる。LEDとPDのペアが複数あるので、各PDの出力電圧のパターンをグレイコード又はビットコードに照らし合わせると、360度の範囲の回転角度を検出することができる。   That is, the first sensor 71 is an optical encoder plate 74 that is connected to a steering shaft 73 of the vehicle and rotates at the same rotation angle as the steering shaft 73, and an LED and PD (not shown) fixed to the vehicle. And module 75. The optical encoder plate 74 is a disk surrounding 360 degrees around the steering shaft 73, and is provided with a slit (detailed shape is omitted) 76 according to a code value made of a gray code or a bit code corresponding to 360 degrees. The optical encoder module 75 is configured to face each other with a pair of LED and PD sandwiching the optical encoder plate 74 at a plurality of detection points 77 distributed at predetermined positions in the radial direction. When the optical encoder plate 74 rotates, the light emitted from the LED passes through the slit 76 and an output voltage is obtained from the PD. The light is blocked except for the slit 76 and the output voltage of the PD becomes zero. Since there are a plurality of LED / PD pairs, a rotation angle in the range of 360 degrees can be detected by comparing the output voltage pattern of each PD with a gray code or a bit code.

第二センサ72は、ステアリングシャフト73に取り付けられてステアリングシャフト73と同じ回転角度で回転する歯車78と、この歯車78に噛み合ってステアリングシャフト73よりも増速(例えば、1.75倍)した回転角度で回転する歯車79と、この歯車79に内蔵された磁石70と、磁石70の回転により変化する磁束密度を検出するMRセンサ(図示せず)とを備える。これにより、歯車79の回転角度が磁束密度の変化でもって検出できる。磁束密度の変化は歯車79の1周を周期とするが、歯車79が歯車78より増速していることにより、ステアリングシャフト73の1回転より早く変化する。   The second sensor 72 is attached to the steering shaft 73 and rotates at the same rotation angle as that of the steering shaft 73. The second sensor 72 meshes with the gear 78 and rotates at a higher speed (for example, 1.75 times) than the steering shaft 73. A gear 79 that rotates at an angle, a magnet 70 built in the gear 79, and an MR sensor (not shown) that detects a magnetic flux density that changes as the magnet 70 rotates are provided. Thereby, the rotation angle of the gear 79 can be detected by a change in magnetic flux density. The change in the magnetic flux density takes one cycle of the gear 79 as a cycle, but changes faster than one rotation of the steering shaft 73 because the gear 79 is accelerated from the gear 78.

これら2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせは、ステアリングシャフト73が1回転したときと2回転、あるいはそれ以上回転したしたときとで異なる。そこで、マイコン等を使用した演算回路にて出力信号の組み合わせと絶対操舵角との関係をあらかじめ記憶したテーブルを参照することで絶対操舵角を求めることができる。ただし、絶対操舵角が異なっても2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせが重複する場合があり、その場合はこれら2つのセンサ71,72の出力信号の時間的な変化を見て、前後の変化値を参考にして絶対操舵角を特定する。   The combination of the output signals of these two sensors 71 and 72 differs between when the steering shaft 73 rotates once and when it rotates twice or more. Therefore, the absolute steering angle can be obtained by referring to a table in which the relationship between the combination of output signals and the absolute steering angle is stored in advance by an arithmetic circuit using a microcomputer or the like. However, even if the absolute steering angles are different, the combinations of the output signals of the two sensors 71 and 72 may overlap, and in that case, the temporal change in the output signals of these two sensors 71 and 72 The absolute steering angle is specified with reference to the change value of.

特開2004−271495号公報JP 2004-271495 A

従来技術では、2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせでもって絶対操舵角を求めている。しかし、第一センサ71は光エンコーダ方式であるため、回転角度の分解能が悪い。このため2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせが重複する場合が出てくる。すると、各センサ出力の前後の変化値から絶対操舵角を求める必要がある。変化値を出すためには、ステアリングシャフト73を回転させる必要がある。   In the prior art, the absolute steering angle is obtained by a combination of output signals of the two sensors 71 and 72. However, since the first sensor 71 is an optical encoder system, the resolution of the rotation angle is poor. For this reason, the combination of the output signals of the two sensors 71 and 72 sometimes overlaps. Then, it is necessary to obtain the absolute steering angle from the change values before and after each sensor output. In order to output the change value, it is necessary to rotate the steering shaft 73.

ステアリングシャフト73を回転させて各センサ出力の前後の変化値を検出しなければ絶対操舵角が求まらないということは、車両においてメイン電源を入れた瞬間には絶対操舵角が出ないということである。これは、車両の運転操作において不便なことである。車両に限らず、複数回転する回転体の絶対回転角度を検出する分野においても、問題である。   The fact that the absolute steering angle cannot be obtained unless the change value before and after each sensor output is detected by rotating the steering shaft 73 means that the absolute steering angle does not appear at the moment the main power is turned on in the vehicle. It is. This is inconvenient in the driving operation of the vehicle. This is a problem not only in vehicles but also in the field of detecting the absolute rotation angle of a rotating body that rotates a plurality of times.

光エンコーダ方式においては、一般に、アブソリュート型を用いるとメイン電源を入れた瞬間に回転角度が読み取れる反面、検出精度を上げようとしてビット数を増やすと光エンコーダ板の径が大きくなってしまうという問題があり、インクリメント型を用いると電源オフ時にカウント値を保持するためのバックアップ電源が必要になるという問題がある。   In the optical encoder method, in general, when the absolute type is used, the rotation angle can be read at the moment when the main power is turned on, but when the number of bits is increased to increase the detection accuracy, the diameter of the optical encoder plate increases. When the increment type is used, there is a problem that a backup power source is required to hold the count value when the power is turned off.

このほかに、回転角度センサの消費電力を減らしたい要望、温度等の周囲環境による影響を減らしたい要望、センサの特性が材料に影響されにくいようにしたい要望などがある。   In addition, there are demands for reducing the power consumption of the rotation angle sensor, demands for reducing the influence of the surrounding environment such as temperature, and demands for making the sensor characteristics less susceptible to the material.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電源投入時に瞬時に回転角度が検出できる回転角度センサを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a rotation angle sensor capable of instantaneously detecting the rotation angle when the power is turned on.

上記目的を達成するために本発明は、径方向に磁極を有する円形磁石の周囲を環状に囲むように複数の磁気ヨークを配置し、互いに隣り合う磁気ヨーク同士を周方向に離して少なくとも2箇所のギャップを形成し、これら少なくとも2箇所のギャップに磁束密度を検出する磁性素子をそれぞれ設置し、これら磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を求める演算回路を設けたものである。   To achieve the above object, according to the present invention, a plurality of magnetic yokes are arranged so as to annularly surround a circular magnet having magnetic poles in the radial direction, and at least two magnetic yokes adjacent to each other are separated in the circumferential direction. Magnetic elements for detecting the magnetic flux density are installed in at least two gaps, and the rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke is determined from the combination of the magnetic flux densities detected by these magnetic elements. An arithmetic circuit to be obtained is provided.

円周角が90度異なる少なくとも2箇所のギャップを形成し、これら2箇所のギャップに上記磁性素子をそれぞれ設置してもよい。   It is also possible to form at least two gaps having different circumferential angles of 90 degrees, and to install the magnetic elements in these two gaps.

上記演算回路は、上記円形磁石が軸を中心に1回転する間における上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせと回転角度との関係をあらかじめテーブルに記憶しておき、検出された磁束密度の組み合わせにより該テーブルを参照して回転角度を求めるようにしてもよい。   The arithmetic circuit previously stores in a table the relationship between the combination of magnetic flux density detected by the magnetic element and the rotation angle while the circular magnet makes one rotation around the axis, and the detected combination of magnetic flux densities. Thus, the rotation angle may be obtained by referring to the table.

少なくとも2箇所のギャップに磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチをそれぞれ設置し、上記演算回路はこれらリードスイッチの開閉の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を粗く求めてもよい。   Reed switches that are opened / closed by a change in magnetic flux density are installed in at least two gaps, and the arithmetic circuit roughly determines the rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke from the combination of opening / closing of these reed switches. Also good.

上記演算回路は、上記リードスイッチの開閉の組み合わせ変化の履歴から上記円形磁石の回転回数を求め、この回転回数×360度に上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから求めた回転角度を加えて累積回転角を求めてもよい。   The arithmetic circuit obtains the number of rotations of the circular magnet from the history of change in combination of opening and closing of the reed switch, and adds the rotation angle obtained from the combination of magnetic flux densities detected by the magnetic element to the number of rotations × 360 degrees. The cumulative rotation angle may be obtained.

上記演算回路は、上記リードスイッチの開閉の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を粗く求める粗演算回路と、上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を求める密演算回路と、粗演算で十分なときには上記密演算回路及び上記磁性素子への電源供給を停止し、密演算が必要なときのみに上記密演算回路及び上記磁性素子への電源供給を行う節電制御回路とを有してもよい。   The arithmetic circuit comprises: a rough arithmetic circuit that roughly obtains a rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke from a combination of opening and closing of the reed switch; and the circular magnet is determined from the combination of magnetic flux densities detected by the magnetic element. A fine arithmetic circuit for obtaining a rotation angle made with respect to the magnetic yoke, and when the coarse arithmetic is sufficient, the fine arithmetic circuit and the magnetic element are stopped from being supplied with power, and only when the fine arithmetic is necessary, the fine arithmetic circuit and A power saving control circuit for supplying power to the magnetic element.

上記磁気ヨークとして上記円形磁石の周囲を4分割するよう4つの扇形磁気ヨークを設け、円周角が90度異なる2箇所のギャップに上記磁性素子をそれぞれ設置してもよい。   As the magnetic yoke, four fan-shaped magnetic yokes may be provided so as to divide the circumference of the circular magnet into four, and the magnetic elements may be installed in two gaps having a circumferential angle of 90 degrees.

残りの2箇所のギャップに磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチをそれぞれ設置してもよい。   Reed switches that can be opened and closed by changing the magnetic flux density may be installed in the remaining two gaps.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)電源投入時に瞬時に回転角度が検出できる。   (1) The rotation angle can be detected instantaneously when the power is turned on.

(2)複数回転における絶対回転角度が検出できる。   (2) The absolute rotation angle in a plurality of rotations can be detected.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示されるように、本発明に係る回転角度センサは、径方向に磁極N,Sを有する円形磁石1の周囲を環状に囲むように複数の磁気ヨーク2を配置し、互いに隣り合う磁気ヨーク2同士を周方向に離して少なくとも2箇所のギャップ3を形成し、これら少なくとも2箇所のギャップ3に磁束密度を検出する磁性素子4をそれぞれ設置し、これら磁性素子4が検出する磁束密度の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を求める演算回路5を設けたものである。 円形磁石1と磁気ヨーク2は相対的に回転するようになっていればよいが、ここでは円形磁石1が軸を中心に回転し、磁気ヨーク2は固定とする。   As shown in FIG. 1, in the rotation angle sensor according to the present invention, a plurality of magnetic yokes 2 are arranged so as to surround a circular magnet 1 having magnetic poles N and S in the radial direction, and adjacent to each other. The yokes 2 are separated from each other in the circumferential direction to form at least two gaps 3, and magnetic elements 4 for detecting the magnetic flux density are installed in the at least two gaps 3, respectively. An arithmetic circuit 5 for obtaining a rotation angle of the circular magnet 1 with respect to the magnetic yoke 2 from the combination is provided. The circular magnet 1 and the magnetic yoke 2 only need to rotate relatively, but here, the circular magnet 1 rotates around the axis, and the magnetic yoke 2 is fixed.

円形磁石1は360度の磁化周期を有するので、N極とその180度反対側にあるS極近傍では磁束密度が高く、N極及びS極から90度のあたりでは磁束密度が低いという特性を有する。   Since the circular magnet 1 has a magnetization period of 360 degrees, the magnetic flux density is high in the vicinity of the north pole and the south pole on the opposite side of 180 degrees, and the magnetic flux density is low around 90 degrees from the north and south poles. Have.

後に述べる動作原理から明らかなように、磁気ヨーク2の個数(ギャップ3の個数)は2個以上であればよく、個々の磁気ヨーク2の形状やギャップ3同士がなす円周角は任意であるが、ここでは図示例のようにした。   As will be apparent from the operation principle described later, the number of magnetic yokes 2 (the number of gaps 3) may be two or more, and the shape of each magnetic yoke 2 and the circumferential angle formed by the gaps 3 are arbitrary. However, the example shown here is used.

ギャップ3はセンサを入れるために設けるものであり、円形磁石1からの磁束が磁気ヨーク2に多く入るよう、ギャップ3は間隔を狭くするのがよい。   The gap 3 is provided for inserting a sensor, and the gap 3 is preferably narrowed so that a large amount of magnetic flux from the circular magnet 1 enters the magnetic yoke 2.

図示した回転角度センサでは、磁気ヨーク2として円形磁石1の周囲を4等分で分割するよう同形の4つの扇形磁気ヨーク2a,2b,2c,2dを設けて円周角90度おきにギャップ3a,3b,3c,3dを形成し、円周角が90度異なる2箇所のギャップ3a,3dにリニア型ホールセンサ4a,4dをそれぞれ設置してある。リニア型ホールセンサ4a,4dはそれぞれA/D変換器6に接続され、出力信号がデジタル化されて演算回路5に入力されるようになっている。   In the illustrated rotation angle sensor, the magnetic yoke 2 is provided with four fan-shaped magnetic yokes 2a, 2b, 2c, and 2d having the same shape so as to divide the circumference of the circular magnet 1 into four equal parts, and the gap 3a is provided every 90 degrees of the circumferential angle. , 3b, 3c, 3d, and linear Hall sensors 4a, 4d are respectively installed in two gaps 3a, 3d having different circumferential angles of 90 degrees. The linear Hall sensors 4a and 4d are each connected to an A / D converter 6 so that the output signal is digitized and input to the arithmetic circuit 5.

この回転角度センサは、1回転内の回転角度(絶対回転角度)を求めるものである。その動作を以下に説明する。   This rotation angle sensor obtains a rotation angle (absolute rotation angle) within one rotation. The operation will be described below.

円形磁石1のN極からほぼ径方向外方へ出た磁束は磁気ヨーク2に入り、磁気ヨーク2によって周方向に導かれてS極側へ回り、ギャップ3を介して他の磁気ヨーク2を経て、円形磁石1のS極に向けてほぼ径方向内方へ出てS極に戻る。このとき、リニア型ホールセンサ4a,4dが互いに90度ずれた位置にあるため、一方がN極又はS極の近傍に位置しているときには他方はN極及びS極から90度のあたりに位置している。よって、例えば、一方のリニア型ホールセンサ4aの出力信号が大きいとき、他方のリニア型ホールセンサ4dの出力信号は小さい。円形磁石1が回転すると、磁極に対するリニア型ホールセンサ4a,4dの位置が変わってくるため、それぞれの出力信号が変化する。   The magnetic flux that has exited almost radially outward from the N pole of the circular magnet 1 enters the magnetic yoke 2, is guided in the circumferential direction by the magnetic yoke 2, travels to the S pole side, and passes through the other magnetic yoke 2 via the gap 3. Then, it goes out radially inward toward the south pole of the circular magnet 1 and returns to the south pole. At this time, since the linear Hall sensors 4a and 4d are at positions shifted by 90 degrees from each other, when one is positioned in the vicinity of the N pole or the S pole, the other is positioned around 90 degrees from the N pole and the S pole. is doing. Thus, for example, when the output signal of one linear Hall sensor 4a is large, the output signal of the other linear Hall sensor 4d is small. When the circular magnet 1 rotates, the positions of the linear Hall sensors 4a and 4d with respect to the magnetic poles change, so that the respective output signals change.

リニア型ホールセンサ4a,4dの感知方向をどちらに向けるかにもよるが、
出力信号が最大となるN極,S極の角度はあらかじめ知ることができるので、出力信号の変化から回転角度が求まる。
Depending on which direction the sensing direction of the linear Hall sensors 4a and 4d is directed,
Since the angles of the N pole and the S pole where the output signal becomes maximum can be known in advance, the rotation angle can be obtained from the change in the output signal.

図2に示されるように、円形磁石1の回転角度を横軸に取り、N極性を表す出力信号の大きさを上向きに、S極性を表す出力信号の大きさを下向きにした縦軸を取って、リニア型ホールセンサ4aの出力信号21とリニア型ホールセンサ4dの出力信号22とを描く。出力信号21は、S極性の最大値(この例では回転角度=0度のとき)から0(90度)へと直線的に変化し、さらにN極性の最大値(180度)まで直線的に変化し、そこから先は変化が逆になり、S極性の最大値(360度)まで直線的に変化する。これに対して出力信号22は、0(0度)からN極性の最大値(90度)まで直線的に変化したのち、S極性の最大値(270度)まで直線的に変化し、そこから0(360度)まで直線的に変化する。   As shown in FIG. 2, the horizontal axis represents the rotation angle of the circular magnet 1, the vertical axis represents the magnitude of the output signal representing the N polarity facing upward, and the magnitude of the output signal representing the S polarity facing downward. Thus, the output signal 21 of the linear Hall sensor 4a and the output signal 22 of the linear Hall sensor 4d are drawn. The output signal 21 linearly changes from the maximum value of S polarity (in this example, when the rotation angle = 0 degree) to 0 (90 degrees), and further linearly to the maximum value of N polarity (180 degrees). From then on, the change is reversed and changes linearly up to the maximum value of S polarity (360 degrees). On the other hand, the output signal 22 linearly changes from 0 (0 degree) to the maximum value of N polarity (90 degrees), and then linearly changes to the maximum value of S polarity (270 degrees). It changes linearly to 0 (360 degrees).

このように、2つのリニア型ホールセンサ4a,4dの出力信号21,22は位相が90度ずれて変化する。出力信号21,22の組み合わせを見ると、0度から360度直前まで同じパターンはない。つまり、出力信号21の値がαであるときに、出力信号22の値がβである回転角度は360°のなかにひとつしか存在しない。よって、出力信号21,22の組み合わせから円形磁石1の回転角度を求めることができる。   As described above, the output signals 21 and 22 of the two linear Hall sensors 4a and 4d change in phase by 90 degrees. Looking at the combination of the output signals 21 and 22, there is no same pattern from 0 degrees to just before 360 degrees. That is, when the value of the output signal 21 is α, there is only one rotation angle of 360 ° where the value of the output signal 22 is β. Therefore, the rotation angle of the circular magnet 1 can be obtained from the combination of the output signals 21 and 22.

円形磁石1がステアリングシャフトに取り付けてあり、リニア型ホールセンサ4a,4dが車両に固定されているとすると、円形磁石1の回転角度はステアリングシャフトの回転角度である。   If the circular magnet 1 is attached to the steering shaft and the linear Hall sensors 4a and 4d are fixed to the vehicle, the rotation angle of the circular magnet 1 is the rotation angle of the steering shaft.

演算回路5では、円形磁石1が軸を中心に1回転する間における磁性素子4が検出する磁束密度(つまりリニア型ホールセンサ4a,4dの出力信号21,22)の組み合わせと回転角度との関係をあらかじめテーブル(図示せず)に記憶しておき、検出された磁束密度の組み合わせによりそのテーブルを参照して回転角度を求める。この結果、1回転内の回転角度、つまり絶対回転角度が出力される。   In the arithmetic circuit 5, the relationship between the rotation angle and the combination of the magnetic flux density detected by the magnetic element 4 (that is, the output signals 21 and 22 of the linear Hall sensors 4 a and 4 d) while the circular magnet 1 makes one rotation around the axis. Is stored in advance in a table (not shown), and the rotation angle is obtained by referring to the table based on the combination of the detected magnetic flux densities. As a result, a rotation angle within one rotation, that is, an absolute rotation angle is output.

次に、円形磁石の回転角度を粗く求めることができるように、及び円形磁石の回転回数を求めることができるように、本発明の回転角度センサは、図3のように構成する。   Next, the rotation angle sensor of the present invention is configured as shown in FIG. 3 so that the rotation angle of the circular magnet can be roughly determined and the number of rotations of the circular magnet can be determined.

図3に示されるように、本発明に係る回転角度センサは、少なくともつの2箇所のギャップ3に磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチ31をそれぞれ設置し、演算回路32がこれらリードスイッチ31の開閉の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を粗く求めるようにしたものである。磁気ヨーク個数、形状、ギャップの円周角についての条件は前述の磁性素子4を設ける形態と同じであるが、ここでは図1の回転角度センサにおける円形磁石1、磁気ヨーク2、磁性素子4の形状・配置と同じとし、円周角が90度異なる2箇所のギャップ3b,3cにそれぞれリードスイッチ31b,31cを設置したものを説明する。   As shown in FIG. 3, in the rotation angle sensor according to the present invention, reed switches 31 that are opened and closed by a change in magnetic flux density are installed in at least two gaps 3, respectively, and an arithmetic circuit 32 is connected to each of the reed switches 31. The rotational angle formed by the circular magnet 1 with respect to the magnetic yoke 2 is roughly determined from the combination of opening and closing. The conditions regarding the number of magnetic yokes, the shape, and the circumferential angle of the gap are the same as those in the case where the magnetic element 4 is provided, but here the circular magnet 1, the magnetic yoke 2, and the magnetic element 4 in the rotation angle sensor of FIG. A description will be given of a case in which the reed switches 31b and 31c are respectively installed in the two gaps 3b and 3c having the same shape and arrangement and having a circumferential angle of 90 degrees.

演算回路32は、各々のリードスイッチ31b,31cに関する入力トリガ検出回路33b,33c及びパルス生成回路34b,34cと、アップダウンカウンタ35とからなる。入力トリガ検出回路33bは、リードスイッチ31bが閉じているとき、論理値1を出力し、リードスイッチ31bが開いているとき論理値0を出力するものである(論理はこの逆でもよい)。パルス生成回路34bは、入力トリガ検出回路33bの出力の1つ目の立ち上がりエッジでトリガされて論理値1に転じ、2つ目の立ち上がりエッジでトリガされて論理値0に転じる回路である(立ち下がりエッジを用いてもよい)。入力トリガ検出回路33c及びパルス生成回路34cも同等の動作をする回路である。   The arithmetic circuit 32 includes input trigger detection circuits 33b and 33c and pulse generation circuits 34b and 34c for the respective reed switches 31b and 31c, and an up / down counter 35. The input trigger detection circuit 33b outputs a logical value 1 when the reed switch 31b is closed, and outputs a logical value 0 when the reed switch 31b is open (the logic may be reversed). The pulse generation circuit 34b is a circuit that is triggered at the first rising edge of the output of the input trigger detection circuit 33b and changes to a logical value 1, and is triggered at the second rising edge and changes to a logical value 0 (rising). A falling edge may be used). The input trigger detection circuit 33c and the pulse generation circuit 34c are also circuits that perform the same operation.

アップダウンカウンタ35は、パルス生成回路34b,34cの出力信号に生じるイベント(立ち上がり、立ち下がり、順序など)に応じてカウント値をアップカウント又はダウンカウントすることにより、おおまかな精度(角度分解能90°)で絶対回転角度を表す。   The up / down counter 35 up-counts or counts down the count value according to an event (rising, falling, order, etc.) generated in the output signals of the pulse generation circuits 34b and 34c, thereby providing a rough accuracy (angle resolution 90 °). ) Represents the absolute rotation angle.

この回転角度センサは、アップダウンカウンタ35の最大値の範囲内で回転回数無限大で絶対回転角度を求めることができる。   This rotation angle sensor can determine the absolute rotation angle with an infinite number of rotations within the range of the maximum value of the up / down counter 35.

リードスイッチ31b,31cの動きを説明すると、円形磁石1から出た磁束の様子は既に図1で説明した通りである。このとき、リードスイッチ31b,31cが互いに90度ずれた位置にあるため、一方がN極又はS極の近傍に位置しているときには他方はN極及びS極から90度のあたりに位置している。よって、例えば、一方のリードスイッチ31bが閉じていると、他方のリードスイッチ31cは開いている(各リードスイッチ31b,31cはこのように開閉するよう磁力とリードの反発力を調整してあるものとする)。円形磁石1が回転すると、磁極に対するリードスイッチ31b,31cの位置が変わってくるため、それぞれの開閉状態が変化する。   The movement of the reed switches 31b and 31c will be described. The state of the magnetic flux emitted from the circular magnet 1 has already been described with reference to FIG. At this time, since the reed switches 31b and 31c are at positions shifted by 90 degrees from each other, when one is positioned near the N pole or the S pole, the other is positioned around 90 degrees from the N pole and the S pole. Yes. Thus, for example, when one reed switch 31b is closed, the other reed switch 31c is open (each reed switch 31b, 31c has its magnetic force and repulsive force adjusted so as to open and close in this way. And). When the circular magnet 1 rotates, the positions of the reed switches 31b and 31c with respect to the magnetic poles change, so that the respective open / close states change.

図4に示されるように、円形磁石1の回転角度(ただし、図2とは0度の基準が異なる)を横軸(角度は最上のスケール付き横軸参照)に取り、ギャップ3におけるN極性の磁界の強さ(図1のような磁性素子4を挿入すれば出力信号の大きさとして取り出すことができる)を上向きに、S極性の磁界の強さを下向きにした縦軸を取って、ギャップ3bから得られる着磁パターン41及びギャップ3cから得られる着磁パターン42を描く。これは、円形磁石1の回転に伴って各ギャップ3b,3cに現れる磁界の強さの変化を表している。   As shown in FIG. 4, the rotation angle of the circular magnet 1 (however, the 0-degree standard is different from that of FIG. 2) is taken on the horizontal axis (see the horizontal axis with the highest scale), and the N polarity in the gap 3 Taking the vertical axis with the magnetic field strength of S (the magnetic element 4 as shown in FIG. 1 can be taken out as the magnitude of the output signal) upward and the magnetic field strength of S polarity downward, A magnetized pattern 41 obtained from the gap 3b and a magnetized pattern 42 obtained from the gap 3c are drawn. This represents a change in the strength of the magnetic field appearing in each of the gaps 3b and 3c as the circular magnet 1 rotates.

この着磁パターン41,42の横軸と同じスケールで引いた横軸に対し、2つのリードスイッチ31b,31cの開閉波形(入力トリガ検出回路33b,33cの論理値波形)43,44と、2つのパルス生成回路34b,34cの論理値波形45,46とを描く。   With respect to the horizontal axis drawn on the same scale as the horizontal axis of the magnetized patterns 41, 42, the open / close waveforms (logical value waveforms of the input trigger detection circuits 33b, 33c) 43, 44 of the two reed switches 31b, 31c, 2 The logic value waveforms 45 and 46 of the two pulse generation circuits 34b and 34c are drawn.

これらの波形を見ると、回転角度が0度のときリードスイッチ31bは閉じており論理値1であるが、回転角度が少し大きくなるとリードスイッチ31bは開いて論理値0となる。回転角度が180度の少し前でリードスイッチ31bは閉じて論理値1、回転角度が180度から少し大きくなるとリードスイッチ31bは開いて論理値0となる。このように、円形磁石1の回転角度が180度増えるごとに開閉が繰り返され、リードスイッチ31bの開閉波形43はパルス波形となる。   Looking at these waveforms, when the rotation angle is 0 degree, the reed switch 31b is closed and has a logical value of 1, but when the rotational angle is slightly increased, the reed switch 31b is opened and has a logical value of 0. The reed switch 31b closes to a logical value 1 just before the rotation angle is 180 degrees, and the reed switch 31b opens to a logical value 0 when the rotation angle is slightly increased from 180 degrees. Thus, opening and closing are repeated each time the rotation angle of the circular magnet 1 increases by 180 degrees, and the opening and closing waveform 43 of the reed switch 31b becomes a pulse waveform.

パルス生成回路34bでは入力トリガ検出回路33bからパルスが2個来るごとに50%デューティで1個のパルスを出力するので、パルス生成回路34bの論理値波形45は0度から180度少し前まで論理値1、180度少し前から360度少し前まで論理値0、360度少し前から360度まで論理値1というパルス波形となり、円形磁石1の回転角度が720度、1080度…となっても同じことを繰り返す。   Since the pulse generation circuit 34b outputs one pulse with 50% duty every time two pulses are received from the input trigger detection circuit 33b, the logical value waveform 45 of the pulse generation circuit 34b is logically from 0 degree to 180 degrees before. Value 1, a pulse waveform of logical value 0 from a little before 180 degrees to a little 360 degrees before, a logical value 1 from a little before 360 degrees to 360 degrees, and even if the rotation angle of the circular magnet 1 is 720 degrees, 1080 degrees, etc. Repeat the same thing.

リードスイッチ31cの開閉波形44及びパルス生成回路34cの論理値波形46については、もはや説明するまでもなく、開閉波形43及び論理値波形45に対して位相が90度ずれて変化することは明らかである。   The open / close waveform 44 of the reed switch 31c and the logic value waveform 46 of the pulse generation circuit 34c need not be described any more, and it is clear that the phase changes by 90 degrees with respect to the open / close waveform 43 and the logic value waveform 45. is there.

2つの論理値波形45,46の論理値の組み合わせを見ると、0度少し前から360度少しまで90度ごとに異なる4種類のパターンが得られる。よって、このパターンから円形磁石1の回転角度を粗く(具体的には分解能90度で)求めることができる。   Looking at the combination of the logical values of the two logical value waveforms 45 and 46, four different patterns are obtained every 90 degrees from slightly before 0 degrees to slightly 360 degrees. Therefore, the rotation angle of the circular magnet 1 can be roughly determined from this pattern (specifically, with a resolution of 90 degrees).

演算回路32のアップダウンカウンタ35がパルス生成回路34b,34cの出力信号に生じるイベントに応じてカウント値を変化させる。すなわちリードスイッチ31b,31cの開閉の組み合わせ変化の履歴をカウント値として保持する。このカウント値から円形磁石1の回転回数を求めることができる。   The up / down counter 35 of the arithmetic circuit 32 changes the count value in accordance with an event occurring in the output signals of the pulse generation circuits 34b and 34c. That is, a history of change in combination of opening and closing of the reed switches 31b and 31c is held as a count value. The number of rotations of the circular magnet 1 can be obtained from this count value.

このようにして、図3の回転角度センサは、円形磁石1の回転回数を求めることができる。   In this way, the rotation angle sensor of FIG. 3 can determine the number of rotations of the circular magnet 1.

次に、複数回転における絶対回転角度を高分解能で求めることができるように、本発明の回転角度センサは、図5のように構成する。   Next, the rotation angle sensor of the present invention is configured as shown in FIG. 5 so that the absolute rotation angle in a plurality of rotations can be obtained with high resolution.

図5の形態は、図1のものと図3のものを合体したものであるので、説明済みのものは説明を省く。演算回路51は、演算回路5と演算回路32に加えて、演算回路32が出力する回転回数を取得する回転回数取得回路52と、この回転回数に360度を乗じて回転回数分の回転角度を計算し、これに演算回路5が出力する1回転内の絶対回転角度とを加算することで、0度から累積して360度を越えてもキャンセルされずに累積を続ける回転角、つまり絶対回転角度を得る絶対回転角度演算回路53とを有する。   Since the configuration of FIG. 5 is a combination of the configuration of FIG. 1 and the configuration of FIG. The arithmetic circuit 51 includes, in addition to the arithmetic circuit 5 and the arithmetic circuit 32, a rotation number acquisition circuit 52 that acquires the number of rotations output from the calculation circuit 32, and a rotation angle corresponding to the rotation number by multiplying the rotation number by 360 degrees. The calculated rotation angle is added to the absolute rotation angle within one rotation output from the arithmetic circuit 5, so that the rotation angle that accumulates from 0 degrees and continues beyond 360 degrees without being canceled, that is, the absolute rotation And an absolute rotation angle calculation circuit 53 for obtaining an angle.

図1、図3に関する動作説明はそれぞれ詳しく行ったので、ここでは説明を要しないであろうが、図3の回転角度センサが出力する円形磁石1の回転回数でもって、0度、360度、720度、1080度…という1回転大区切りの回転角度を求め、図1の回転角度センサが出力する高分解能の絶対回転角度を上乗せするのである。   1 and FIG. 3 have been described in detail, so that the description thereof will not be required here. However, the rotation number of the circular magnet 1 output by the rotation angle sensor of FIG. The rotation angle of one large rotation such as 720 degrees, 1080 degrees, etc. is obtained, and the high-resolution absolute rotation angle output from the rotation angle sensor of FIG. 1 is added.

図5の形態には、さらに、節電のための構成が盛り込まれている。すなわち、演算回路51は、リードスイッチ31の開閉の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を粗く求める粗演算回路32と、磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を求める密演算回路5と、粗演算で十分なときには密演算回路5及び磁性素子4への電源供給を停止して粗演算回路32にだけ電源供給を行い、密演算が必要なときのみに密演算回路5及び磁性素子4への電源供給を粗演算回路32への電源供給と併せて行う節電制御回路(図示せず)とを有する。   The configuration of FIG. 5 further includes a configuration for power saving. That is, the arithmetic circuit 51 determines the circular magnet 1 from the combination of the rough arithmetic circuit 32 that roughly determines the rotation angle that the circular magnet 1 makes with respect to the magnetic yoke 2 from the combination of opening and closing of the reed switch 31, and the magnetic flux density detected by the magnetic element. And the fine calculation circuit 5 for determining the rotation angle made by the magnetic yoke 2 and when the rough calculation is sufficient, the power supply to the fine calculation circuit 5 and the magnetic element 4 is stopped and only the rough calculation circuit 32 is supplied with power. And a power-saving control circuit (not shown) that supplies power to the dense arithmetic circuit 5 and the magnetic element 4 together with power supply to the coarse arithmetic circuit 32 only when dense arithmetic is required.

節電制御回路の詳細な部材や回路構成は説明しないが、図5の破線内に常時電源供給を行い、他の部分は必要時のみ電源供給する回路は簡単に、種々の形態で実現することができる。   The detailed members and circuit configuration of the power saving control circuit will not be described, but the circuit that constantly supplies power within the broken line in FIG. 5 and supplies power only when necessary in other parts can be easily realized in various forms. it can.

ここで、リードスイッチ31は磁力によって開閉される接点であるから駆動電力はいらない。また、分解能90度の粗い回転角度検出と回転回数検出を行う粗演算回路32は、極めて少ない個数の論理回路で構成できるため、消費電力も僅かである。一方、磁性素子4は消費電力が大きく、密演算回路5はマイコンで構成するため、消費電力が非常に大きい。そこで、節電制御回路が密演算回路5及び磁性素子4への電源供給を必要時のみに行うようにすれば、それ以外のときは粗演算回路32と節電制御回路だけに電源があればよくなり、大幅に消費電力が低減できる。粗演算回路32において回転回数検出ができているので、必要なときに密演算回路5に電源を与えて1回転内の絶対回転角度を検出すれば、複数回転での絶対回転角度を求めることができるので、この節電制御は絶対回転角度検出に対して制約・障害とはならない。   Here, since the reed switch 31 is a contact that is opened and closed by magnetic force, no driving power is required. In addition, the rough calculation circuit 32 that performs the rough rotation angle detection and the rotation number detection with a resolution of 90 degrees can be configured by an extremely small number of logic circuits, and thus consumes little power. On the other hand, the magnetic element 4 consumes a large amount of power, and the dense arithmetic circuit 5 is composed of a microcomputer. Therefore, if the power saving control circuit performs power supply to the dense arithmetic circuit 5 and the magnetic element 4 only when necessary, only the coarse arithmetic circuit 32 and the power saving control circuit need to have power in other cases. , Power consumption can be greatly reduced. Since the number of rotations can be detected in the rough calculation circuit 32, if the absolute rotation angle within one rotation is detected by supplying power to the fine calculation circuit 5 when necessary, the absolute rotation angle in a plurality of rotations can be obtained. As a result, this power-saving control is not a limitation or an obstacle to absolute rotation angle detection.

なお、図1、図5の回転角度センサでは、磁気ヨーク2として円形磁石1の周囲を4等分で分割するよう同形の4つの扇形磁気ヨーク2a,2b,2c,2dを設けて円周角90度おきにギャップ3a,3b,3c,3dを形成したが、この構造は磁性素子4を磁気ヨーク2で囲う構造なので、磁気ヨーク2による磁気シールド効果で磁性素子4への外来ノイズが低減できる。   In the rotation angle sensor of FIG. 1 and FIG. 5, four sector magnetic yokes 2a, 2b, 2c and 2d having the same shape are provided as the magnetic yoke 2 so as to divide the circumference of the circular magnet 1 into four equal parts. Although the gaps 3a, 3b, 3c, and 3d are formed every 90 degrees, since this structure is a structure in which the magnetic element 4 is surrounded by the magnetic yoke 2, external noise to the magnetic element 4 can be reduced by the magnetic shielding effect by the magnetic yoke 2. .

また、上記構造によれば、磁性素子4を磁気ヨーク2で囲う構造なので、軸の偏心による磁性素子4の出力信号の変動が少ない。   Further, according to the above structure, since the magnetic element 4 is surrounded by the magnetic yoke 2, the fluctuation of the output signal of the magnetic element 4 due to the eccentricity of the shaft is small.

図6に、ステアリングシャフトによる操舵角を検出する回転角度センサを車両に搭載した例を示す。この車両の主要部は、ハンドル61と、ハンドル61の回転を伝達するトーションバー62と、ステアリングシャフト63と、トーションバー62に加わる回転力を増強してステアリングシャフト63に伝えるパワー機構(図示せず)と、ステアリングシャフト63の先端に設けられたピニオン64と、このピニオン64に噛み合うラック65と、このラック65の両端に連結された左右の駆動輪66,67とを有する。   FIG. 6 shows an example in which a rotation angle sensor for detecting the steering angle by the steering shaft is mounted on the vehicle. The main part of the vehicle includes a handle 61, a torsion bar 62 that transmits the rotation of the handle 61, a steering shaft 63, and a power mechanism (not shown) that increases the rotational force applied to the torsion bar 62 and transmits it to the steering shaft 63. ), A pinion 64 provided at the tip of the steering shaft 63, a rack 65 meshing with the pinion 64, and left and right drive wheels 66 and 67 connected to both ends of the rack 65.

ステアリングシャフト63の基端の操舵角検出部68には、これまで説明した円形磁石1がステアリングシャフト63と同軸に設けられており、ステアリングシャフト63の回転に伴って円形磁石1が同じ回転角度で回転するようになっている。磁気ヨーク2、磁性素子4、リードスイッチ31は円形磁石1を囲むように配置されて車両に固定されている。演算回路51は、磁性素子4、リードスイッチ31から適宜引き回された信号線に接続され、車両内の適宜な場所に設けられている。演算回路51が出力する絶対操舵角、粗い操舵角、回転回数の信号線は車両の全般的な運動を制御する運動制御用コントローラ69に接続されている。演算回路51のうち破線内は車両のメイン電源スイッチを経由せずに常時電源供給をしておくものとする。   The circular magnet 1 described so far is provided coaxially with the steering shaft 63 at the steering angle detector 68 at the base end of the steering shaft 63, and the circular magnet 1 is rotated at the same rotational angle as the steering shaft 63 rotates. It is designed to rotate. The magnetic yoke 2, the magnetic element 4, and the reed switch 31 are disposed so as to surround the circular magnet 1 and are fixed to the vehicle. The arithmetic circuit 51 is connected to a signal line appropriately routed from the magnetic element 4 and the reed switch 31, and is provided at an appropriate location in the vehicle. The signal lines for the absolute steering angle, rough steering angle, and number of rotations output from the arithmetic circuit 51 are connected to a motion control controller 69 that controls the overall motion of the vehicle. It is assumed that power is always supplied within the broken line in the arithmetic circuit 51 without passing through the main power switch of the vehicle.

従来の回転角度センサで操舵角を検出しようとすると、車両においてメイン電源を入れた直後にはセンサの変化値がないため絶対操舵角が検出できず、センサの変化値を出すために運転者がハンドルを回すなどしてステアリングシャフトを回転させる必要があった。これに対し、本発明の回転角度センサで操舵角を検出すれば、車両においてメイン電源を入れた直後でも、直ちに絶対操舵角が検出できる。   If the steering angle is detected by the conventional rotation angle sensor, the absolute steering angle cannot be detected immediately after the main power supply is turned on in the vehicle, so the absolute steering angle cannot be detected. It was necessary to rotate the steering shaft by turning the steering wheel. On the other hand, if the steering angle is detected by the rotation angle sensor of the present invention, the absolute steering angle can be detected immediately even after the main power is turned on in the vehicle.

また、従来の回転角度センサでは操舵角を検出するしないにかかわらず、光エンコーダモジュール、MRセンサ、マイコン(演算回路)に電源を供給しなければならなかった。これに対し、本発明の回転角度センサ(図5の形態)では、マイコン(密演算回路5)及び磁性素子4への電源供給を必要時以外カットできるので、電力資源が節約されると共に、バッテリを使用する車両においてはバッテリ上がりという深刻な事態を回避するのに役立つ。   In addition, the conventional rotation angle sensor has to supply power to the optical encoder module, the MR sensor, and the microcomputer (arithmetic circuit) regardless of whether the steering angle is detected. On the other hand, in the rotation angle sensor of the present invention (the form shown in FIG. 5), power supply to the microcomputer (fine calculation circuit 5) and the magnetic element 4 can be cut except when necessary. This is useful for avoiding the serious situation of battery exhaustion in a vehicle that uses the battery.

本発明の回転角度センサにより、絶対操舵角が検出できるので、将来の車両の自動操縦に必要な一つの要素技術が提供できる。また、カーナビゲーションシステムを用いた自立航法にも活用できる。   Since the absolute steering angle can be detected by the rotation angle sensor of the present invention, it is possible to provide one element technology necessary for future automatic steering of the vehicle. It can also be used for self-contained navigation using a car navigation system.

本発明の一実施形態を示す回転角度センサの軸断面構造図である。It is an axial sectional structure figure of a rotation angle sensor showing one embodiment of the present invention. 図1の回転角度センサにおける磁性素子の出力信号の波形図である。It is a wave form diagram of the output signal of the magnetic element in the rotation angle sensor of FIG. 本発明の一実施形態を示す回転角度センサの軸断面構造図である。It is an axial sectional structure figure of a rotation angle sensor showing one embodiment of the present invention. 図2の回転角度センサにおける磁界変化及び演算回路各部の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of a magnetic field change and each part of an arithmetic circuit in the rotation angle sensor of FIG. 2. 本発明の一実施形態を示す回転角度センサの軸断面構造図である。It is an axial sectional structure figure of a rotation angle sensor showing one embodiment of the present invention. 本発明の回転角度センサを用いた操舵角検出システムの構成図である。It is a block diagram of the steering angle detection system using the rotation angle sensor of this invention. 従来の回転角度センサの軸断面構造図である。It is an axial cross-section figure of the conventional rotation angle sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 円形磁石
2 磁気ヨーク
2a,2b,2c,2d 扇形磁気ヨーク
3,3a,3b,3c,3d ギャップ
4 磁性素子
4a,4d リニア型ホールセンサ
5 演算回路(密演算回路)
31,31b,31c リードスイッチ
32 演算回路(粗演算回路)
51 演算回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circular magnet 2 Magnetic yoke 2a, 2b, 2c, 2d Fan-shaped magnetic yoke 3, 3a, 3b, 3c, 3d Gap 4 Magnetic element 4a, 4d Linear Hall sensor 5 Calculation circuit (fine calculation circuit)
31, 31b, 31c Reed switch 32 arithmetic circuit (coarse arithmetic circuit)
51 Arithmetic circuit

Claims (8)

径方向に磁極を有する円形磁石の周囲を環状に囲むように複数の磁気ヨークを配置し、互いに隣り合う磁気ヨーク同士を周方向に離して少なくとも2箇所のギャップを形成し、これら少なくとも2箇所のギャップに磁束密度を検出する磁性素子をそれぞれ設置し、これら磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を求める演算回路を設けたことを特徴とする回転角度センサ。   A plurality of magnetic yokes are arranged so as to annularly surround a circular magnet having magnetic poles in the radial direction, and the adjacent magnetic yokes are separated from each other in the circumferential direction to form at least two gaps. A magnetic element for detecting a magnetic flux density is installed in each gap, and an arithmetic circuit for obtaining a rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke from a combination of magnetic flux densities detected by the magnetic elements is provided. Rotation angle sensor. 円周角が90度異なる少なくとも2箇所のギャップを形成し、これら2箇所のギャップに上記磁性素子をそれぞれ設置したことを特徴とする請求項1記載の回転角度センサ。   2. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein at least two gaps having a circumferential angle of 90 degrees are formed, and the magnetic element is installed in each of the two gaps. 上記演算回路は、上記円形磁石が軸を中心に1回転する間における上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせと回転角度との関係をあらかじめテーブルに記憶しておき、検出された磁束密度の組み合わせにより該テーブルを参照して回転角度を求めるようにしたことを特徴とする請求項1又は2記載の回転角度センサ。   The arithmetic circuit previously stores in a table the relationship between the combination of magnetic flux density detected by the magnetic element and the rotation angle while the circular magnet makes one rotation around the axis, and the detected combination of magnetic flux densities. The rotation angle sensor according to claim 1 or 2, wherein the rotation angle is obtained by referring to the table. 少なくとも2箇所のギャップに磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチをそれぞれ設置し、上記演算回路はこれらリードスイッチの開閉の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を粗く求めることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の回転角度センサ。   Reed switches that are opened / closed by a change in magnetic flux density are installed in at least two gaps, and the arithmetic circuit roughly obtains a rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke from a combination of opening / closing of these reed switches. The rotation angle sensor according to any one of claims 1 to 3. 上記演算回路は、上記リードスイッチの開閉の組み合わせ変化の履歴から上記円形磁石の回転回数を求め、この回転回数×360度に上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから求めた回転角度を加えて累積回転角を求めることを特徴とする請求項4記載の回転角度センサ。   The arithmetic circuit obtains the number of rotations of the circular magnet from the history of change in combination of opening and closing of the reed switch, and adds the rotation angle obtained from the combination of magnetic flux densities detected by the magnetic element to the number of rotations × 360 degrees. 5. The rotation angle sensor according to claim 4, wherein a cumulative rotation angle is obtained. 上記演算回路は、上記リードスイッチの開閉の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を粗く求める粗演算回路と、上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を求める密演算回路と、粗演算で十分なときには上記密演算回路及び上記磁性素子への電源供給を停止し、密演算が必要なときのみに上記密演算回路及び上記磁性素子への電源供給を行う節電制御回路とを有することを特徴とする請求項4又は5記載の回転角度センサ。   The arithmetic circuit comprises: a rough arithmetic circuit that roughly obtains a rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke from a combination of opening and closing of the reed switch; and the circular magnet is determined from the combination of magnetic flux densities detected by the magnetic element. A fine arithmetic circuit for obtaining a rotation angle made with respect to the magnetic yoke, and when the coarse arithmetic is sufficient, the fine arithmetic circuit and the magnetic element are stopped from being supplied with power, and only when the fine arithmetic is necessary, the fine arithmetic circuit and 6. The rotation angle sensor according to claim 4, further comprising a power saving control circuit for supplying power to the magnetic element. 上記磁気ヨークとして上記円形磁石の周囲を4分割するよう4つの扇形磁気ヨークを設け、円周角が90度異なる2箇所のギャップに上記磁性素子をそれぞれ設置したことを特徴とする請求項1〜6いずれか記載の回転角度センサ。   4. The magnetic yoke is provided with four fan-shaped magnetic yokes so as to divide the circumference of the circular magnet into four parts, and the magnetic elements are respectively installed in two gaps having different circumferential angles by 90 degrees. 6. The rotation angle sensor according to any one of 6. 残りの2箇所のギャップに磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチをそれぞれ設置したことを特徴とする請求項7記載の回転角度センサ。
8. The rotation angle sensor according to claim 7, wherein reed switches that are opened and closed by changing the magnetic flux density are respectively installed in the remaining two gaps.
JP2005101668A 2005-03-31 2005-03-31 Rotation angle sensor Pending JP2006284237A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005101668A JP2006284237A (en) 2005-03-31 2005-03-31 Rotation angle sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005101668A JP2006284237A (en) 2005-03-31 2005-03-31 Rotation angle sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006284237A true JP2006284237A (en) 2006-10-19

Family

ID=37406332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005101668A Pending JP2006284237A (en) 2005-03-31 2005-03-31 Rotation angle sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006284237A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200059857A (en) * 2018-11-22 2020-05-29 현대모비스 주식회사 Apparatus and method for compensating error of current sensor for motor current detection
WO2021020541A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 株式会社日本アレフ Rotation angle detection sensor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0187211U (en) * 1987-11-30 1989-06-08
JP2001141412A (en) * 1999-11-11 2001-05-25 Aisan Ind Co Ltd Non-contact type rotating angle sensor and sensor core
JP2002506530A (en) * 1998-04-18 2002-02-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Angle sensor and method for angle measurement
JP2002148015A (en) * 2000-11-10 2002-05-22 Yazaki Corp Steering angle sensor
JP2004092590A (en) * 2002-09-03 2004-03-25 Mitsuba Corp Opening detecting device for throttle valve
JP2004271495A (en) * 2003-01-14 2004-09-30 Nippon Soken Inc Rotation angle sensor and rotation angle sensing device equipped therewith
JP2005043228A (en) * 2003-07-22 2005-02-17 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Digital angle measurement system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0187211U (en) * 1987-11-30 1989-06-08
JP2002506530A (en) * 1998-04-18 2002-02-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Angle sensor and method for angle measurement
JP2001141412A (en) * 1999-11-11 2001-05-25 Aisan Ind Co Ltd Non-contact type rotating angle sensor and sensor core
JP2002148015A (en) * 2000-11-10 2002-05-22 Yazaki Corp Steering angle sensor
JP2004092590A (en) * 2002-09-03 2004-03-25 Mitsuba Corp Opening detecting device for throttle valve
JP2004271495A (en) * 2003-01-14 2004-09-30 Nippon Soken Inc Rotation angle sensor and rotation angle sensing device equipped therewith
JP2005043228A (en) * 2003-07-22 2005-02-17 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Digital angle measurement system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200059857A (en) * 2018-11-22 2020-05-29 현대모비스 주식회사 Apparatus and method for compensating error of current sensor for motor current detection
KR102620656B1 (en) * 2018-11-22 2024-01-04 현대모비스 주식회사 Apparatus and method for compensating error of current sensor for motor current detection
WO2021020541A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 株式会社日本アレフ Rotation angle detection sensor
JP2021025805A (en) * 2019-07-31 2021-02-22 株式会社日本アレフ Rotation angle detection sensor
CN114174769A (en) * 2019-07-31 2022-03-11 日本艾礼富株式会社 Rotation angle detection sensor
JP7320831B2 (en) 2019-07-31 2023-08-04 株式会社日本アレフ Rotation angle detection sensor
CN114174769B (en) * 2019-07-31 2024-05-10 日本艾礼富株式会社 Rotation angle detection sensor
US12027330B2 (en) 2019-07-31 2024-07-02 Nippon Aleph Co., Ltd. Rotation angle detection sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5216462B2 (en) Rotary encoder and operation method thereof
JP5480967B2 (en) Multi-period absolute position detector
US9350216B2 (en) Integrated multi-turn absolute position sensor for high pole count motors
JP5680962B2 (en) Non-contact multi-turn absolute position magnetic sensor
CN107655510B (en) Multi-turn absolute value encoder and position detection method
JP2012211857A (en) Steering shaft rotation angle detector
US8164327B2 (en) Steering angle sensor
EP2682716A2 (en) Encoder and motor device
JP2006220530A (en) Device for detecting absolute angle of rotation
EP2103910B1 (en) Rotation angle detector
JP2005091137A (en) Rudder angle sensor
JP2006220529A (en) Detection device for absolute angle of rotation and torque
KR20090005319A (en) Turning device position sensing system and method
JP2007271458A (en) Rotation angle detecting apparatus
US20050022613A1 (en) Angle sensor
JP5511748B2 (en) Motion detection device
JPH0618281A (en) Multi rotational absolute encoder
JP2006284237A (en) Rotation angle sensor
JP2003344009A (en) Rudder angle sensor
JP2007155482A (en) Turning angle detector
JP2006300831A (en) Rotation angle detector
JP2012002716A (en) Rotation detection device
JP2006105827A (en) Rotation angle sensor
JP2005315696A (en) Apparatus for detecting rotation angle of rotating body
JPH1047912A (en) Rotation detector and steering wheel rotation detector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070518

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090701

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090714

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090904

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100907