JP2007139644A - Magnetic rotation displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は回転軸の回転変位を非接触で検出する磁気式回転変位センサに関する。 The present invention relates to a magnetic rotational displacement sensor that detects a rotational displacement of a rotating shaft in a non-contact manner.
図8はこの種の磁気式回転変位センサの従来例として特許文献1に記載されている構成を示したものであり、この例では磁気式回転変位センサは磁石11とバックヨーク12と磁気センサ13とロータ14とによって構成されている。図8中、21は回転軸を示す。
磁石11は回転軸21の軸心を中心とするリング状とされて回転軸21に対する固定側に配置されており、その周方向の一半部11aと他半部11bとは互いに逆向きに径方向に着磁されている。磁石11は例えばボンド磁石とされる。
軟磁性材料よりなるバックヨーク12は磁石11と同心のリング状をなすものとされ、磁石11の外周面に対接されて固定配置されている。
FIG. 8 shows a configuration described in Patent Document 1 as a conventional example of this type of magnetic rotational displacement sensor. In this example, the magnetic rotational displacement sensor includes a
The
The
ロータ14は軟磁性材料よりなる2つのコア15,16によって構成されており、一方のコア15は半円柱形とされ、さらに回転軸21の軸心上に位置する突部15aを備えた形状となっている。他方のコア16は半円筒形をなすものとされ、これらコア15,16の外周面は回転軸21の軸心を中心とする一円筒面上に位置するものとされている。コア15の内面を構成する突部15aの周面及びその周面と半円筒状外周面とをつなぐ平面はコア16の内周面及び周方向両端面と所定の間隙を介して対向されている。
2つのコア15,16よりなるロータ14は図には示していないが、回転軸21の端部に取り付けられた円形の取り付け板に取り付けられており、磁石11のなすリング内に磁石11の内周面と所定の間隙を保って位置され、回転軸21の回転に伴って回転するものとされる。
The rotor 14 is composed of two
The rotor 14 composed of the two
磁気センサ13はコア15と16との間のコア16の内周面に沿った間隙17内に位置するように固定配置されており、コア15,16間の径方向の磁束の変化を検出するものとされる。磁気センサ13は例えばホールICとされている。
図9は上記のような構成とされた磁気式回転変位センサにおいて、磁石11によって形成される磁束線(点線で示す)がロータ14の回転変位位置によって変化する様子を示したものであり、図9Aに示したようにロータ14のコア15,16がそれぞれ磁石11の一半部11aと他半部11bに対して均等に対向するように位置している場合には磁束はコア15,16を通り、磁気センサ13を通過する磁束は0となる。
The
FIG. 9 shows how the magnetic flux lines (shown by dotted lines) formed by the
これに対し、回転軸21の回転に伴ってコア15,16が回転変位することにより、例えば図9Bに示したように磁気センサ13を磁束が通過するようになり、よって磁気センサ13の出力電圧の変化によって回転軸21の回転変位(回転角)を検出することができるものとなっている。
ところで、上述した従来の磁気式回転変位センサでは図9Bに示したようにコア15の回転軸心に位置する突部15aに磁束が集中するような構造となっており、つまりロータ14の一方のコア15は回転軸心ほど磁束密度が高くなるような構造となっている。
従って、例えば回転軸21に組み立て精度や部品の熱的変形等の要因によって偏心が生じた場合、あるいは回転軸21に回転ぶれが生じた場合、この磁束が集中する突部15aの、磁気センサ13との位置関係が変化するために磁気センサ13を通過する磁束が変動し、つまり出力が変動して検出精度が大きく損なわれるものとなっていた。
By the way, in the conventional magnetic rotational displacement sensor described above, as shown in FIG. 9B, the magnetic flux concentrates on the
Therefore, for example, when eccentricity occurs in the rotating
この発明の目的はこのような問題に鑑み、回転軸の偏心やぶれによって検出精度が損なわれることなく、回転変位を高精度に検出することができるようにした磁気式回転変位センサを提供することにある。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a magnetic rotational displacement sensor capable of detecting rotational displacement with high accuracy without impairing detection accuracy due to eccentricity or shaking of the rotating shaft. is there.
請求項1の発明によれば、回転軸の回転変位を検出する磁気式回転変位センサは、回転軸の軸心を中心とするリング状とされて回転軸に対する固定側に配置され、周方向の一半部と他半部とが互いに逆向きに径方向に着磁されている磁石と、その磁石の外周面に固定配置された軟磁性材料よりなるリング状バックヨークと、回転軸に取り付けられて磁石のなすリング内に磁石の内周面と間隙を保って位置された軟磁性材料よりなるロータと、固定側に固定された磁気センサとよりなり、ロータは磁石の内周面に沿った半円筒状の外周面をそれぞれ有し、回転変位方向に間隙を介して配列された2つのコアよりなり、それらコアの少なくとも一方に突出部が設けられて、その突出部が他方のコアの回転軸の軸方向と垂直な面に空隙を介して平行対向され、磁気センサは上記空隙に、上記軸方向の磁束の変化を検出するように配置されているものとされる。 According to the first aspect of the present invention, the magnetic rotational displacement sensor for detecting the rotational displacement of the rotating shaft is formed in a ring shape centered on the axis of the rotating shaft and is disposed on the fixed side with respect to the rotating shaft. A magnet with one half and the other half magnetized in the radial direction opposite to each other, a ring-shaped back yoke made of a soft magnetic material fixedly arranged on the outer peripheral surface of the magnet, and a rotating shaft It consists of a rotor made of a soft magnetic material that is located in a ring formed by the magnet while keeping a gap with the inner peripheral surface of the magnet, and a magnetic sensor fixed to the fixed side, and the rotor is a half along the inner peripheral surface of the magnet. Each of the two cores has a cylindrical outer peripheral surface and is arranged with a gap in the rotational displacement direction. A protrusion is provided on at least one of the cores, and the protrusion is a rotation shaft of the other core. Parallel to the plane perpendicular to the axial direction of the It is directed, the magnetic sensor in the air gap, are assumed to be arranged to detect a change in magnetic flux in the axial direction.
請求項2の発明では請求項1の発明において、2つのコアは上記突出部を除いて共に半円筒形をなすものとされる。
請求項3の発明では請求項2の発明において、上記突出部は2つのコアの一方に設けられ、その一方のコアの半円筒形の周方向両端から上記軸方向に突出された一対の脚部と、それら脚部に両端が支持され、板面が上記軸方向と垂直とされて他方のコアの上記軸方向端面との間に上記空隙を構成する半円弧状平板部とよりなるものとされる。
請求項4の発明では請求項2の発明において、上記突出部は2つのコアの両方に設けられ、一方の突出部は上記半円筒形の上記軸方向端面上に突出された脚部と、その脚部の先端から板面が上記軸方向と垂直とされて延長された平板部とよりなり、他方の突出部はその板面が上記平板部との間に上記空隙を構成するように上記半円筒形の上記軸方向端部から突出されているものとされる。
In the invention of
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the projecting portion is provided on one of the two cores, and a pair of leg portions projecting in the axial direction from the circumferential ends of the semi-cylindrical shape of the one core. And both ends are supported by the leg portions, and the plate surface is perpendicular to the axial direction, and is formed of a semicircular arc flat plate portion that forms the gap between the axial end surface of the other core. The
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the projecting portion is provided on both of the two cores, and one projecting portion is a leg portion projecting on the axial end surface of the semi-cylindrical shape, The plate surface is extended from the tip of the leg portion so that the plate surface is perpendicular to the axial direction, and the other protrusion has the half surface so that the plate surface forms the gap with the plate portion. It is assumed that it protrudes from the cylindrical end portion in the axial direction.
請求項5の発明では請求項1乃至4のいずれかの発明において、磁気センサが複数設けられる。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, a plurality of magnetic sensors are provided.
この発明によれば、ロータを構成する2つのコアの少なくとも一方に突出部を設けて、その突出部が他方のコアの回転軸の軸方向と垂直な面に空隙を介して平行対向するようにし、その空隙に磁気センサを配置するものとなっており、磁気センサは平行対向する面によって構成されて均一な磁界分布を有する空隙内に位置されるため、回転軸に偏心やぶれが生じても、それによって出力が変動するといったことは発生せず、よって回転変位を極めて高精度に検出することができる。 According to the present invention, the protrusion is provided on at least one of the two cores constituting the rotor so that the protrusion is parallel to the surface perpendicular to the axial direction of the rotation axis of the other core via the gap. Since the magnetic sensor is arranged in the gap, and the magnetic sensor is configured in the gap having a uniform magnetic field distribution formed by the parallel opposing surfaces, even if the rotation axis is decentered or shaken, As a result, the output does not fluctuate, so that the rotational displacement can be detected with extremely high accuracy.
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図1はこの発明による磁気式回転変位センサの一実施例を示したものであり、図8と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この例では磁気式回転変位センサは磁石11とバックヨーク12と磁気センサ13とロータ31とによって構成されており、回転軸(図示せず)に取り付けられて磁石11のなすリング内に磁石11の内周面と所定の間隙を保って位置されるロータ31は2つのコア32,33よりなるものとされる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a magnetic rotational displacement sensor according to the present invention. Parts corresponding to those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In this example, the magnetic rotational displacement sensor is composed of a
コア32,33は共に回転軸の軸心を中心とする半円筒形をなすものとされて、磁石11の内周面に沿った半円筒状の外周面を有するものとされており、一方のコア32にはさらに突出部34が一体形成されて設けられている。なお、コア32,33の半円筒形をなす部分は所定の間隙を介して回転変位方向に配列されている。
コア32に設けられた突出部34はコア32の半円筒形をなす部分の周方向両端から回転軸の軸方向(Z方向)に突出された一対の脚部34aと、それら脚部34aに両端が支持され、板面がZ方向と垂直とされた半円弧状の平板部34bとよりなるものとされ、平板部34bはコア33のZ方向と垂直な端面に沿う形状とされて、コア33のZ方向端面と所定の空隙35を介して平行対向されている。
Each of the
The projecting
磁気センサ13はこの例では空隙35内に、空隙35内のZ方向の磁束の変化を検出するように配置される。磁気センサ13は磁石11及びバックヨーク12と同様、回転軸に対する固定側(図示せず)に固定されている。
上記のような構成において、コア32,33及びバックヨーク12はそれぞれ軟磁性材料よりなるものとされ、その材料には例えばケイ素鋼等が使用される。磁石11には例えばボンド磁石が用いられ、樹脂に混合される永久磁石の粉末にはサマリウムコバルトやフェライト等の粉末が使用される。磁気センサ13は例えばホールICとされる。なお、図1中、13aは磁気センサ13の端子を示す。
In this example, the
In the configuration as described above, the
この図1に示した磁気式回転変位センサによれば、回転軸の回転に伴ってロータ31が回転することにより、磁石11によって形成される磁束線がロータ31の回転変位位置に応じて変化するものとなっている。この際、ロータ31の回転変位位置に応じてコア32からコア33へ、あるいはコア33からコア32へ流れるようになる磁束は、この例では空隙35及び突出部34を介して流れるものとなっており、よって空隙35に配置した磁気センサ13の出力電圧の変化によって回転軸の回転変位(回転角)を検出することができる。
According to the magnetic rotational displacement sensor shown in FIG. 1, the magnetic flux lines formed by the
図2はロータ31が回転した状態を示したものであり、図3はロータ31の回転変位位置と空隙35に生じる磁界(検出磁界)の関係を示したものである。なお、回転変位位置0度は磁石11の一半部11aと他半部11bとの境界(磁極の境目)を結ぶ線と、コア32,33それぞれの周方向中心を結ぶ線とが一致した状態であり、この状態では空隙35には磁界は生じない。
以上説明したように、この例ではロータ31を構成する一方のコア32に突出部34を設け、その突出部34が他方のコア33の回転軸の軸方向と垂直な面に空隙35を介して平行対向するようにし、その空隙35に磁気センサ13を配置して回転軸の軸方向の磁束の変化を検出するものとなっている。
FIG. 2 shows a state where the rotor 31 is rotated, and FIG. 3 shows a relationship between the rotational displacement position of the rotor 31 and the magnetic field (detected magnetic field) generated in the
As described above, in this example, one
従って、例えば回転軸に偏心やぶれが生じても、磁気センサ13は平行対向する面によって構成されて均一な磁界分布をなす空隙35内に位置しているため、回転軸の偏心やぶれの影響によって出力が変動するといったことが抑えられ、よって回転軸の回転変位を高精度に検出することができる。
図4は上述した磁気式回転変位センサの実装例として、自動車のエンジンスロットル開度の検出に使用した例を示したものであり、スロットル弁に接続されている回転軸21はその端部がベアリング22を介してケース23に支持されている。ロータ31はこの例では樹脂よりなるロータモールド24によってコア32,33が一体化され、回転軸21に固定されている。回転軸21は非磁性材料よりなるものとされる。
Therefore, for example, even if the rotation axis is decentered or shaken, the
FIG. 4 shows an example in which the above-described magnetic rotational displacement sensor is used to detect the engine throttle opening of an automobile. The
ケース23には磁石11を内周に備えるバックヨーク12が取り付けられ、さらに樹脂製のコネクタケース25が取り付けられている。磁気センサ13はその端子13aがリードフレーム26の一端に半田付けされており、磁気センサ13とリードフレーム26とは半田付け接続された状態でコネクタケース25にインサート成形されている。リードフレーム26の他端はコネクタケース25に設けられている外部接続用のコネクタ部25aに導出されている。
コネクタケース25がケース23に取り付けられることによって、磁気センサ13は図4に示したように空隙35内に位置される。なお、空隙35を構成すべく、ロータモールド24には溝24aが形成されている。
A
By attaching the connector case 25 to the
エンジンスロットル開度の検出に、この発明による磁気式回転変位センサを用いることにより、例えば温度上昇によってケース23が変形し、回転軸21の軸心が磁石11のなすリングの中心からずれる(偏心する)といった状況が発生してもスロットル開度を精度良く検出することができる。なお、磁石11と磁気センサ13とを図4に示したように近接して配置することができるため、それらの温度差を小さくすることができ、よって例えば磁気センサ13に温度補正演算機能を有するホールICを使用する場合に、その補正精度の向上を図ることができる。
By using the magnetic rotational displacement sensor according to the present invention for detecting the engine throttle opening, for example, the
ロータ31を構成する2つのコア32,33の形状は上述した例に限らず、他の形状とすることもできる。図5及び6は他の形状例を示したものであり、図5ではコア32は半円弧状の平板部34bに替えて半円状の平板部34cを有し、この平板部34cと他方のコア33との間に空隙35を構成するものとなっている。なお、平板部34cは図1と同様、一対の脚部34aによって支持されており、またこの例ではコア32の半円筒形をなす部分の突出部34形成側の端面に半円形の板部32aが設けられて端部が蓋されたものとなっている。
The shape of the two
図6はコア32,33の両方に突出部を設けた例を示したものであり、コア32に設けられている突出部36はコア32の半円筒形をなす部分の軸方向(Z方向)端面上に突出された脚部36aと、その脚部36aの先端(上端)から板面がZ方向と垂直とされて中心方向に延長された平板部36bとよりなるものとされる。
一方、コア33にはコア32の平板部36bとの間に空隙35を構成するように、平板状をなす突出部37がコア33の半円筒形をなす部分のZ方向端部から中心方向に突出されて形成されており、磁気センサ13はこれらコア32の平板部36bとコア33の突出部37との間に構成された空隙35に位置される。
FIG. 6 shows an example in which protrusions are provided on both the
On the other hand, the projecting portion 37 having a flat plate shape forms a semi-cylindrical portion of the core 33 in the center direction so that a
これら図5及び6に示した構成では図1に示した構成と異なり、回転軸がロータ31を貫通しない構造となっており、ロータ31は回転軸の端部に取り付けられる。
なお、上述した例ではコア32,33は突出部を除いて、いずれも半円筒形をなすものとされているが、半円筒形に限定されるものではなく、例えば半円柱状の形状とすることもできる。但し、磁束を効果的に空隙35に導く点で半円筒形とするのが好ましい。
図7は図1に示した構成において、空隙35に磁気センサ13を2つ配置するようにした例を示したものであり、このような構成を採用すれば検出出力数の倍増を図ることができる。
The configurations shown in FIGS. 5 and 6 are different from the configuration shown in FIG. 1 in that the rotating shaft does not penetrate the rotor 31 and the rotor 31 is attached to the end of the rotating shaft.
In the above-described example, the
FIG. 7 shows an example in which two
Claims (5)
上記回転軸の軸心を中心とするリング状とされて上記回転軸に対する固定側に配置され、周方向の一半部と他半部とが互いに逆向きに径方向に着磁されている磁石と、
その磁石の外周面に固定配置された軟磁性材料よりなるリング状バックヨークと、
上記回転軸に取り付けられて上記磁石のなすリング内に上記磁石の内周面と間隙を保って位置された軟磁性材料よりなるロータと、
上記固定側に固定された磁気センサとよりなり、
上記ロータは上記磁石の内周面に沿った半円筒状の外周面をそれぞれ有し、回転変位方向に間隙を介して配列された2つのコアよりなり、
それらコアの少なくとも一方に突出部が設けられて、その突出部が他方のコアの上記回転軸の軸方向と垂直な面に空隙を介して平行対向され、
上記磁気センサは上記空隙に、上記軸方向の磁束の変化を検出するように配置されていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。 A magnetic rotational displacement sensor for detecting rotational displacement of a rotational shaft,
A magnet having a ring shape centered on the axis of the rotating shaft and disposed on a fixed side with respect to the rotating shaft, wherein one half of the circumferential direction and the other half are magnetized in the radial direction opposite to each other; ,
A ring-shaped back yoke made of a soft magnetic material fixedly disposed on the outer peripheral surface of the magnet;
A rotor made of a soft magnetic material attached to the rotating shaft and positioned in a ring formed by the magnet while keeping a gap with the inner peripheral surface of the magnet;
It consists of a magnetic sensor fixed to the fixed side,
Each of the rotors has a semi-cylindrical outer peripheral surface along the inner peripheral surface of the magnet, and includes two cores arranged with a gap in the rotational displacement direction.
A protrusion is provided on at least one of the cores, and the protrusion is parallelly opposed to a surface perpendicular to the axial direction of the rotation axis of the other core via a gap,
The magnetic rotational displacement sensor, wherein the magnetic sensor is disposed in the gap so as to detect a change in the magnetic flux in the axial direction.
上記2つのコアは上記突出部を除いて共に半円筒形をなすものとされていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。 The magnetic rotational displacement sensor according to claim 1,
A magnetic rotational displacement sensor characterized in that the two cores are formed into a semi-cylindrical shape except for the protruding portion.
上記突出部は上記2つのコアの一方に設けられ、その一方のコアの半円筒形の周方向両端から上記軸方向に突出された一対の脚部と、それら脚部に両端が支持され、板面が上記軸方向と垂直とされて上記他方のコアの上記軸方向端面との間に上記空隙を構成する半円弧状平板部とよりなることを特徴とする磁気式回転変位センサ。 The magnetic rotational displacement sensor according to claim 2,
The projecting portion is provided on one of the two cores, a pair of leg portions projecting in the axial direction from the circumferential ends of the semi-cylindrical shape of the one core, and both ends supported by the leg portions, A magnetic rotational displacement sensor comprising: a semicircular arc-shaped flat plate portion, the surface of which is perpendicular to the axial direction and forms the gap between the axial end surface of the other core.
上記突出部は上記2つのコアの両方に設けられ、一方の突出部は上記半円筒形の上記軸方向端面上に突出された脚部と、その脚部の先端から板面が上記軸方向と垂直とされて延長された平板部とよりなり、他方の突出部はその板面が上記平板部との間に上記空隙を構成するように上記半円筒形の上記軸方向端部から突出されていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。 The magnetic rotational displacement sensor according to claim 2,
The protrusion is provided on both of the two cores, and one protrusion is a leg protruding on the axial end surface of the semi-cylindrical shape, and a plate surface from the tip of the leg is the axial direction. The other projecting portion is projected from the axial end of the semi-cylindrical shape so that the plate surface forms the gap with the flat plate portion. A magnetic rotational displacement sensor characterized by comprising:
上記磁気センサが複数設けられていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。 The magnetic rotational displacement sensor according to any one of claims 1 to 4,
A magnetic rotational displacement sensor comprising a plurality of the magnetic sensors.
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