JP2008128752A - Noncontact type angle sensor - Google Patents

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JP2008128752A JP2006312454A JP2006312454A JP2008128752A JP 2008128752 A JP2008128752 A JP 2008128752A JP 2006312454 A JP2006312454 A JP 2006312454A JP 2006312454 A JP2006312454 A JP 2006312454A JP 2008128752 A JP2008128752 A JP 2008128752A
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Manabu Ichikura
学 市倉
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Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
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Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve detection of a rotation angle in accuracy even in the case of being made compact. <P>SOLUTION: A noncontact type angle sensor for detecting a rotation angle of a rotating shaft 10 includes: a pair of magnets 54, 56 arranged in above rotation displacement direction; a magnetic sensor 6 disposed between the pair of magnets 54, 56; and a main-rotor core 50 and a sub-rotor core 52 which are made of a magnetic material and attached to the rotating shaft 10. The pair of magnets 54, 56 are magnetized opposite to each other in the direction of the axial center of the rotating shaft 10. The magnetic sensor 6 detects a magnetic field between the pair of magnets 54, 56, which is varied by the main-rotor core 50 being displaced rationally. The main-rotor core 50 and the sub-rotor core 52 are positioned so as to face the pair of magnets 54, 56, and a constant space is formed between the pair of magnets 54, 56 by using a spacer 60. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、ロボットなどに使用する回転動作するアクチュエータなどに利用される非接触型角度センサに関する。   The present invention relates to a non-contact type angle sensor used for a rotating actuator used for a robot or the like.

図1Aは従来の非接触型角度センサ1の斜視図である。図1Aに示すように、可動しない固定コア2の上面に、ほぼ半円状をなす一対の磁石(永久磁石)42、44が配置される。固定コア2は円板状であり、磁性材料よりなる。
磁気センサ6は、この例では、一対の磁石42、44の間に配置される。磁石42、44は、回転軸10の軸心方向に互いに逆向きに着磁されている。なお、この例では、磁石42については、上側がS極、下側がN極に着磁され、磁石44については、上側がN極、下側がS極に着磁されている。なお、角度を検出する対象となる可動体(図示せず)は、回転軸10に取りつけられている。
ロータコア8は、磁性材料よりなり、磁石42、44と同様、ほぼ半円状をなす平板状である。ロータコア8の中心部分には、回転軸10が勘合される半円状のロータコア開口部8bが設けられる。回転軸10の端部とロータコア開口部8bとが勘合され、その板面が回転軸10の軸心と垂直とされ、かつ磁石42、44と近接対向するように、ロータコア8は回転軸10に取り付けられる。また、磁石42と磁石44との間には、空間4aが設けられ、この空間4aに回転軸10は取り付けられる。
FIG. 1A is a perspective view of a conventional non-contact angle sensor 1. As shown in FIG. 1A, a pair of substantially semicircular magnets (permanent magnets) 42 and 44 are disposed on the upper surface of the fixed core 2 that is not movable. The fixed core 2 has a disk shape and is made of a magnetic material.
In this example, the magnetic sensor 6 is disposed between the pair of magnets 42 and 44. The magnets 42 and 44 are magnetized in directions opposite to each other in the axial direction of the rotary shaft 10. In this example, the magnet 42 is magnetized on the S pole on the upper side and the N pole on the lower side, and the magnet 44 is magnetized on the N pole on the upper side and the S pole on the lower side. Note that a movable body (not shown) as a target for detecting an angle is attached to the rotating shaft 10.
The rotor core 8 is made of a magnetic material and has a substantially semicircular flat plate shape like the magnets 42 and 44. A semicircular rotor core opening 8b into which the rotary shaft 10 is fitted is provided at the center of the rotor core 8. The rotor core 8 is attached to the rotary shaft 10 so that the end of the rotary shaft 10 and the rotor core opening 8b are fitted, the plate surface thereof is perpendicular to the axis of the rotary shaft 10 and is in close proximity to the magnets 42 and 44. It is attached. A space 4a is provided between the magnet 42 and the magnet 44, and the rotating shaft 10 is attached to the space 4a.

次に、磁気センサ6について簡単に説明する。図1Bは磁気センサ6の一例の斜視図である。磁気センサ6は、例えば、ホール素子を用いて構成されたホールICとされ、磁気センサ端子6aが取り付けられる。磁気センサ6の上面6Aと底面6Bを通過する磁界の強度を検出し、この検出された磁界の強度に応じた電圧を出力する。簡略化して説明すると、上面6Aから底面6Bへの磁界の強度αと、底面6Bから上面6Aへの磁界の強度βとを検出し、αとβの差に応じた電圧を出力する。
磁気センサ6は、固定コア2の板面と垂直方向の、つまり、磁石42、44の板厚方向の磁界の変化を検出するように配置されている。ロータコア8の回転運動により、磁石42、44間の磁界は変化し、上述のように、磁気センサ6は磁気センサの上面6Aおよび底面6Bを通る磁界の強度に応じた電圧を出力する。従って、磁石42、磁石44間の磁界の強度の変化に応じて、磁気センサ6の出力電圧も変化する。よって、磁気センサ6の出力電圧の変化を求めることにより、ロータコア8の回転運動つまり、回転軸10に取り付けられている可動体の回転角度を検出できる。なお、非接触型角度センサ1の詳細については、特許文献1に記載されている。
Next, the magnetic sensor 6 will be briefly described. FIG. 1B is a perspective view of an example of the magnetic sensor 6. The magnetic sensor 6 is, for example, a Hall IC configured using a Hall element, and a magnetic sensor terminal 6a is attached. The intensity of the magnetic field passing through the top surface 6A and the bottom surface 6B of the magnetic sensor 6 is detected, and a voltage corresponding to the detected magnetic field strength is output. Briefly, the intensity α of the magnetic field from the upper surface 6A to the bottom surface 6B and the intensity β of the magnetic field from the bottom surface 6B to the upper surface 6A are detected, and a voltage corresponding to the difference between α and β is output.
The magnetic sensor 6 is arranged so as to detect a change in the magnetic field in the direction perpendicular to the plate surface of the fixed core 2, that is, in the plate thickness direction of the magnets 42 and 44. Due to the rotational motion of the rotor core 8, the magnetic field between the magnets 42 and 44 changes, and as described above, the magnetic sensor 6 outputs a voltage corresponding to the strength of the magnetic field passing through the top surface 6A and the bottom surface 6B of the magnetic sensor. Accordingly, the output voltage of the magnetic sensor 6 also changes in accordance with the change in the magnetic field strength between the magnets 42 and 44. Therefore, by obtaining the change in the output voltage of the magnetic sensor 6, the rotational motion of the rotor core 8, that is, the rotational angle of the movable body attached to the rotary shaft 10 can be detected. Details of the non-contact type angle sensor 1 are described in Patent Document 1.

図1Cは、非接触型角度センサ1の変形例である非接触型角度センサ9の斜視図である。なお、同一機能構成部分には、同一参照番号を付記して、重複説明を省略し、以下の説明においても同様とする。非接触型角度センサ1と違う部分は、磁石42、44の磁気センサ6と対向していない側平面が更に近接され、磁石42および磁石44の中心部分には、回転軸10が勘合される回転軸開口部4Bが設けられる。この回転軸開口部4Bを設けたことにより、回転軸10を非接触型角度センサ1と比較して、より強固に勘合させることができるので、安定した角度検出を行うことが出来る。図1Cでは、これらの磁石をそれぞれ421、441と表示している。   FIG. 1C is a perspective view of a non-contact type angle sensor 9 which is a modification of the non-contact type angle sensor 1. In addition, the same reference number is attached to the same functional component, the duplicate description is omitted, and the same applies to the following description. The difference from the non-contact type angle sensor 1 is that the side planes of the magnets 42 and 44 that are not opposed to the magnetic sensor 6 are closer to each other, and the center portion of the magnet 42 and the magnet 44 is engaged with the rotating shaft 10. A shaft opening 4B is provided. By providing the rotation shaft opening 4B, the rotation shaft 10 can be fitted more firmly than the non-contact type angle sensor 1, so that stable angle detection can be performed. In FIG. 1C, these magnets are indicated as 421 and 441, respectively.

図2は、図1C記載の非接触型角度センサ9を小型化した非接触型角度センサ12の斜視図である。非接触型角度センサ9を小型化するために、例えば、図1C中のロータコア8、磁石421、441に記載された周方向に半円を描く破線8a、421a、441aを境界線として、回転軸10と反対側の部分であるロータコア8中の8A、磁石42中の421A、磁石44中の441Aが削除される。図2では、小型化されたロータコア、一対の磁石をそれぞれ、ロータコア8’、磁石42’、磁石44’として示す。また、図示しない可動体と回転軸10との取り付け強度を保つため、回転軸10の長手方向の長さ、断面の円についての直径については変更せず、この例では固定コア2も変更しない。   FIG. 2 is a perspective view of a non-contact type angle sensor 12 in which the non-contact type angle sensor 9 shown in FIG. 1C is downsized. In order to reduce the size of the non-contact type angle sensor 9, for example, the rotation axis with the broken lines 8a, 421a, 441a drawn in the circumferential direction described in the rotor core 8 and magnets 421, 441 in FIG. 10A in the rotor core 8, the 421A in the magnet 42, and the 441A in the magnet 44 are deleted. In FIG. 2, the miniaturized rotor core and the pair of magnets are shown as a rotor core 8 ', a magnet 42', and a magnet 44 ', respectively. Further, in order to maintain the attachment strength between the movable body (not shown) and the rotating shaft 10, the length in the longitudinal direction of the rotating shaft 10 and the diameter of the cross-sectional circle are not changed, and the fixed core 2 is not changed in this example.

図3Aは、非接触型角度センサ12の斜視図であるが、説明の簡易化のために、回転軸10を省略し、少し拡大している。図4Aは、非接触型角度センサ12を真上から見た平面図である。図3A、図4Aに示すように、ロータコア8’の上面8’Aと垂直にロータコア8’を二分するような線を中心線8’Cとし、この中心線8’Cが磁気センサ6の中心の真上の位置にある場合を、回転角度0度とする。また、磁気センサ6を真上からみて、時計方向を正方向の回転とし、時計と反対方向を負方向の回転とする。
図3Bはロータコア8’の回転角度が80度のときの非接触型角度センサ12の斜視図であり、図4Bは、ロータコア8’の回転角度が80度のときの非接触型角度センサ12を真上から見た場合の平面図である。
また、図3Cはロータコア8’の回転角度が−80度のときの非接触型角度センサ12の斜視図であり、図4Cはロータコア8’の回転角度が−80度のときの非接触型角度センサ12を真上から見た場合の平面図である。なお、非接触型角度センサ12の詳細については、同発明者、同出願人の特許出願であり、出願公開されていない特許出願(特願2005−289888号)に記載されている。
特開2004−354237号公報
FIG. 3A is a perspective view of the non-contact type angle sensor 12, but the rotating shaft 10 is omitted and is slightly enlarged for ease of explanation. FIG. 4A is a plan view of the non-contact angle sensor 12 as viewed from directly above. As shown in FIGS. 3A and 4A, a line that bisects the rotor core 8 ′ perpendicular to the upper surface 8 ′ A of the rotor core 8 ′ is a center line 8 ′ C, and this center line 8 ′ C is the center of the magnetic sensor 6. The rotation angle is 0 degree when it is at a position immediately above. Further, when the magnetic sensor 6 is viewed from directly above, the clockwise direction is a positive direction rotation, and the opposite direction to the clockwise direction is a negative direction rotation.
3B is a perspective view of the non-contact type angle sensor 12 when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees, and FIG. 4B shows the non-contact type angle sensor 12 when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees. It is a top view at the time of seeing from right above.
3C is a perspective view of the non-contact type angle sensor 12 when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is −80 degrees, and FIG. 4C is a non-contact type angle when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is −80 degrees. It is a top view at the time of seeing the sensor 12 from right above. The details of the non-contact angle sensor 12 are described in a patent application (Japanese Patent Application No. 2005-289888) which is a patent application of the same inventor and the same applicant and which has not been published.
JP 2004-354237 A

以下に、発明が解決しようとしている課題を2点述べる。
(1)上述のように、磁石42’と磁石44’とにより磁界が形成される。従って、非接触型角度センサ12のロータコア8に磁界が通り、ロータコア8では、一定の部分については、磁気飽和現象が生じる。
図5Aは、ロータコア8を真上から見た平面8Aにおいて、非接触型角度センサ1中のロータコア8の一定の部分(斜線部分)で、磁気飽和現象が生じていることを示す図である。図5Aに示すように、ロータコア8が半ドーナツ形状である場合は、ロータコア8のほぼ中心部分である斜線で示す領域Rについて、磁気飽和現象が生じる。以下の説明では、この磁気飽和現象が生じている領域を磁気飽和領域と称する。
図5Bは、ロータコア8’を真上から見た平面8’Aにおいて、ロータコア8’の磁気飽和領域R’(斜線部分)を示す図である。図5Bに示すように、小型化されたロータコア8’の磁気飽和領域R’は拡大する。この理由を以下で説明する。
上述のように、非接触型角度センサ12は非接触型角度センサ9を小型化したものである。従って、ロータコア8’はロータコア8を小型化したものであり、磁石42’、磁石44’はそれぞれ磁石42、磁石44を小型化したものである。
The following are two problems that the invention is trying to solve.
(1) As described above, a magnetic field is formed by the magnet 42 'and the magnet 44'. Accordingly, a magnetic field passes through the rotor core 8 of the non-contact type angle sensor 12, and a magnetic saturation phenomenon occurs in a certain portion of the rotor core 8.
FIG. 5A is a diagram showing that a magnetic saturation phenomenon occurs in a certain portion (shaded portion) of the rotor core 8 in the non-contact type angle sensor 1 on the plane 8A when the rotor core 8 is viewed from directly above. As shown in FIG. 5A, when the rotor core 8 has a semi-doughnut shape, a magnetic saturation phenomenon occurs in a region R indicated by hatching that is substantially the central portion of the rotor core 8. In the following description, a region where the magnetic saturation phenomenon occurs is referred to as a magnetic saturation region.
FIG. 5B is a diagram showing a magnetic saturation region R ′ (shaded portion) of the rotor core 8 ′ in the plane 8′A when the rotor core 8 ′ is viewed from directly above. As shown in FIG. 5B, the magnetic saturation region R ′ of the miniaturized rotor core 8 ′ is enlarged. The reason for this will be described below.
As described above, the non-contact type angle sensor 12 is a miniaturized version of the non-contact type angle sensor 9. Therefore, the rotor core 8 ′ is a miniaturized version of the rotor core 8, and the magnets 42 ′ and 44 ′ are miniaturized versions of the magnets 42 and 44, respectively.

一般的に磁石を小型化すると、その磁石の磁力、つまり磁界の強度は小さくなる。また、上述したように、磁気センサ6は磁界の強度に応じた電圧を出力する。従って、磁石42、磁石44に生ずる磁界の強度と比較して、磁石42’、磁石44’に生ずる磁界の強度が小さくなると、磁気センサ6の精度が劣化してしまう。従って、磁石42’、磁石44’に生ずる磁界の強度と磁石42、磁石44に生ずる磁界の強度とはほぼ等しくすることが望ましい。
磁界の強度がほぼ等しいということは、ロータコア8’を通る磁束数とロータコア8を通る磁束数とがほぼ等しいということであり、また、ロータコア8’の断面積は、ロータコア8の断面積より小さい。つまり、ロータコア8’の方が磁束密度が高くなる。よって、ロータコア8’の磁気飽和領域R’の大きさは、ロータコア8の磁気飽和領域Rと比べて、大きくなる。
磁気飽和領域が拡大されると、磁気センサ6の検出する磁束密度の変化にうねりが生じ、検出精度が低下し、検出角度範囲の両端の出力の鈍りが目立つことになる。
Generally, when a magnet is downsized, the magnetic force of the magnet, that is, the strength of the magnetic field is reduced. As described above, the magnetic sensor 6 outputs a voltage corresponding to the strength of the magnetic field. Accordingly, when the strength of the magnetic field generated in the magnets 42 ′ and 44 ′ is smaller than the strength of the magnetic field generated in the magnets 42 and 44, the accuracy of the magnetic sensor 6 is degraded. Therefore, it is desirable that the strength of the magnetic field generated in the magnets 42 ′ and 44 ′ is substantially equal to the strength of the magnetic field generated in the magnets 42 and 44.
The fact that the magnetic field strengths are substantially equal means that the number of magnetic fluxes passing through the rotor core 8 ′ is substantially equal to the number of magnetic fluxes passing through the rotor core 8, and the cross-sectional area of the rotor core 8 ′ is smaller than the cross-sectional area of the rotor core 8. . That is, the magnetic flux density is higher in the rotor core 8 ′. Therefore, the size of the magnetic saturation region R ′ of the rotor core 8 ′ is larger than that of the magnetic saturation region R of the rotor core 8.
When the magnetic saturation region is enlarged, a change in the magnetic flux density detected by the magnetic sensor 6 is swelled, the detection accuracy is lowered, and output dullness at both ends of the detection angle range becomes conspicuous.

(2)ロータコア8’の回転角度が0度である場合に、ロータコア8’の磁石44’の上方にある側平面を8’Bとし、ロータコア8’の磁石42’の上方にある側平面を8’Dとする。図6Aは、側平面8’Bに磁石44’からの磁束群30が侵入し、側平面8’Dから出ていくことを示す図である。
また、図7A、図7Bに示すように、点B、点B’をそれぞれ端点とし、磁石44’、磁石42’をなぞるような曲線(破線で示す)を曲線BB’とする。図7Bは、ロータコア8’の回転角度が0度の場合に、ロータコア8’、磁石42’、磁石44’の曲線BB’の断面を直線状に展開して磁気センサ6の端子6a側から見た場合の磁界を示した図である。図6A、図7Bに示すように、磁束群30は側平面8’Bから侵入し、磁石42’側の側平面8’Dから出て、磁石42’のS極側まで進む。
図7Bに示すように、ロータコア8’と磁石42’、磁石44’とが重なり合って形成される磁界の磁束群32だけでなく、側平面8’Bから侵入した磁束群30もロータコア8’を通過するため、ロータコア8’の磁束密度が上昇し、磁気飽和領域R’が拡大する。よって、ロータコア8’が0度付近の位置にある場合に、磁気センサ6の精度が劣化する。
(2) When the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 0 degree, the side plane above the magnet 44 ′ of the rotor core 8 ′ is 8′B, and the side plane above the magnet 42 ′ of the rotor core 8 ′ is 8′D. FIG. 6A is a diagram showing that the magnetic flux group 30 from the magnet 44 ′ enters the side plane 8′B and exits from the side plane 8′D.
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, a point B and a point B ′ are end points, and a curve tracing the magnet 44 ′ and the magnet 42 ′ (shown by a broken line) is a curve BB ′. FIG. 7B shows a case where the cross section of the curve BB ′ of the rotor core 8 ′, the magnet 42 ′, and the magnet 44 ′ is developed linearly and viewed from the terminal 6 a side of the magnetic sensor 6 when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 0 degree. It is the figure which showed the magnetic field in the case of. As shown in FIGS. 6A and 7B, the magnetic flux group 30 enters from the side plane 8′B, exits from the side plane 8′D on the magnet 42 ′ side, and proceeds to the S pole side of the magnet 42 ′.
As shown in FIG. 7B, not only the magnetic flux group 32 of the magnetic field formed by overlapping the rotor core 8 ′, the magnet 42 ′ and the magnet 44 ′ but also the magnetic flux group 30 entering from the side plane 8′B As a result, the magnetic flux density of the rotor core 8 ′ increases and the magnetic saturation region R ′ expands. Therefore, the accuracy of the magnetic sensor 6 deteriorates when the rotor core 8 ′ is at a position near 0 degrees.

図6Bはロータコア8’の回転角度が80度である場合のロータコア8’の側平面8’B付近と側平面8’D付近の磁束の動きを示した図である。また、図7Cは、図4Bの平面図(ロータコア8’の回転角度が80度である場合の非接触型角度センサを真上から見た平面図)に、上記曲線BB’を示した図である。
図7Dは、ロータコア8’の回転角度が80度の場合のロータコア8’、磁石42’、磁石44’の曲線BB’の断面を直線状に展開して磁界を示した図である。なお、図7Dにおいて、図7Cに示した磁束について、関係のない磁束の記載を省略する。図6B、図7Dに示すように、側平面8’Dから一点鎖線で示す磁束群34が侵入する。この磁束群34が、磁石42’、磁石44’間の磁界を打ち消す。よって、ロータコア8’が80度付近に位置する場合も、磁気センサ6の精度が劣化する。
本発明の目的は、側平面からの磁石の侵入を防ぎ、精度の向上を図ることである。
FIG. 6B is a diagram showing the movement of magnetic flux near the side plane 8′B and the side plane 8′D of the rotor core 8 ′ when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees. FIG. 7C is a diagram showing the curve BB ′ in the plan view of FIG. 4B (a plan view of the non-contact angle sensor when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees). is there.
FIG. 7D is a diagram illustrating a magnetic field by developing a section of a curve BB ′ of the rotor core 8 ′, the magnet 42 ′, and the magnet 44 ′ linearly when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees. In FIG. 7D, the description of magnetic flux that is not related to the magnetic flux shown in FIG. 7C is omitted. As shown in FIGS. 6B and 7D, a magnetic flux group 34 indicated by a one-dot chain line enters from the side plane 8′D. The magnetic flux group 34 cancels the magnetic field between the magnets 42 'and 44'. Therefore, the accuracy of the magnetic sensor 6 also deteriorates when the rotor core 8 'is located near 80 degrees.
An object of the present invention is to prevent intrusion of a magnet from a side plane and improve accuracy.

本発明の非接触型角度センサは、固定部と可動部からなり、回転軸の回転角度を検出する。上記固定部は、上記回転変位方向に配列されて配置された一対の磁石と、一対の磁石間に配置された磁気センサとを有する。上記可動部は、回転軸に取り付けられた磁性材よりなる一対のロータコアを有する。上記一対の磁石は、上記回転軸の軸心方向に互いに逆向きに着磁される。上記磁気センサは、回転変位する上記ロータコアによって変化する上記一対の磁石間の磁界を検出する。上記一対のロータコアは、上記一対の磁石に対向するように位置され、上記一対の磁石との間に一定の空間が設けられている。また、上記一対のロータコアの間隔は、非接触型角度センサに求められる検出精度に適合するように設計すればよい。さらに、上記磁気センサを複数配置してもよい。   The non-contact type angle sensor of the present invention includes a fixed part and a movable part, and detects the rotation angle of the rotating shaft. The fixed part includes a pair of magnets arranged in the rotational displacement direction and a magnetic sensor arranged between the pair of magnets. The movable part has a pair of rotor cores made of a magnetic material attached to a rotating shaft. The pair of magnets are magnetized in directions opposite to each other in the axial direction of the rotating shaft. The magnetic sensor detects a magnetic field between the pair of magnets that is changed by the rotationally displaced rotor core. The pair of rotor cores are positioned to face the pair of magnets, and a certain space is provided between the pair of magnets. Moreover, what is necessary is just to design the space | interval of a pair of said rotor core so that it may adapt to the detection accuracy calculated | required by a non-contact-type angle sensor. Further, a plurality of the magnetic sensors may be arranged.

上記の構成により、従来のロータコア8’をメインロータコアとして、更にメインロータコアと同じ材質のサブロータコアを加える。
メインロータコアとサブロータコアとの間には、一定の間隔が設けられ、この間隔を設けたことにより、磁石からの磁束群がメインロータコアの両側平面から侵入することを防ぐ。よって、メインロータコアが0度の位置にある場合は、メインロータコアを通過する磁束数を減少させることが出来、磁気飽和領域を縮小させることが出来る。従って、磁気センサの精度を向上させることが出来る。
また、メインロータコアが80度の位置にある場合は、磁束群が側平面から侵入することを防ぐので、磁石間に生じる磁界の磁束群を打ち消しあうことを防ぎ、磁気センサの精度を向上させることが出来る。
その結果、非接触型角度センサ全体を小型化しても、精度の高い角度検出を可能にする。
With the above configuration, the conventional rotor core 8 ′ is used as a main rotor core, and a sub-rotor core made of the same material as the main rotor core is further added.
A constant interval is provided between the main rotor core and the sub-rotor core. By providing this interval, a magnetic flux group from the magnet is prevented from entering from both side planes of the main rotor core. Therefore, when the main rotor core is at the 0 degree position, the number of magnetic fluxes passing through the main rotor core can be reduced, and the magnetic saturation region can be reduced. Therefore, the accuracy of the magnetic sensor can be improved.
In addition, when the main rotor core is at a position of 80 degrees, the magnetic flux group is prevented from entering from the side plane, so that the magnetic flux group of the magnetic field generated between the magnets is prevented from canceling and the accuracy of the magnetic sensor is improved. I can do it.
As a result, highly accurate angle detection is possible even if the entire non-contact type angle sensor is downsized.

図8はこの発明の非接触型角度センサ51の実施例の斜視図であり、図9はこの発明の非接触型角度センサ51を磁気センサ6から見て向かって右側から見た平面図であり、図10はこの発明の非接触型角度センサ51を分解した図であり、図11はこの発明の非接触型角度センサ51の回転軸10と以下で説明するスペーサ60を省略した斜視図である。
この発明の非接触型磁気センサでは、固定部は、少なくとも一対の磁石である磁石54と磁石56と、磁石54と磁石56との間に配置された磁気センサ6とを有し、必要に応じて、固定コア2も構成される。
また、可動部は、少なくとも一対のロータコアであるメインロータコア50およびサブロータコア52とで構成されている。
FIG. 8 is a perspective view of an embodiment of the non-contact type angle sensor 51 of the present invention, and FIG. 9 is a plan view of the non-contact type angle sensor 51 of the present invention viewed from the right side when viewed from the magnetic sensor 6. FIG. 10 is an exploded view of the non-contact type angle sensor 51 of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view in which the rotating shaft 10 of the non-contact type angle sensor 51 of the present invention and the spacer 60 described below are omitted. .
In the non-contact type magnetic sensor according to the present invention, the fixed portion includes at least a pair of magnets 54 and 56, and a magnetic sensor 6 disposed between the magnet 54 and the magnet 56. The fixed core 2 is also configured.
Further, the movable portion is composed of at least a pair of rotor cores that are a main rotor core 50 and a sub-rotor core 52.

図8、図9、図10に示すように、固定コア2の上面に一対の磁石54、56が配置される。一対の磁石54、56は、回転軸10の軸心方向に互いに逆向きに着磁されている。この実施例では、磁石54の上側がS極であり、下側がN極であり、磁石56の上側がN極であり下側がS極である(図10参照)。また、一対の磁石54、56はボンド磁石などが使用され、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などの粉末が使用される。この実施例では、磁石54、56は、回転軸10の回転軸心を中心とする円弧形状をなし、この回転軸心を中心とする周方向に配列されて配置されている。
メインロータコア50とサブロータコア52は回転軸10と垂直な平面上で、一定の間隔が設けられて配置される。メインロータコア50が回転変位をすると、この一定の間隔が設けられたまま、サブロータコア52も上記平面上で回転変位をする。この実施例では、メインロータコア50とサブロータコア52は、回転軸10の回転軸心を中心とする円弧形状をなし、この回転軸心を中心とする周方向に配列されて配置されている。メインロータコア50とサブロータコア52は軟磁性材料からなり、その材料にはけい素鋼等が使用される。
As shown in FIGS. 8, 9, and 10, a pair of magnets 54 and 56 are disposed on the upper surface of the fixed core 2. The pair of magnets 54 and 56 are magnetized in directions opposite to each other in the axial direction of the rotary shaft 10. In this embodiment, the upper side of the magnet 54 is the S pole, the lower side is the N pole, the upper side of the magnet 56 is the N pole, and the lower side is the S pole (see FIG. 10). The pair of magnets 54 and 56 are bonded magnets, and powders of samarium cobalt and ferrite are used as permanent magnet powders mixed with the resin. In this embodiment, the magnets 54 and 56 have an arc shape centered on the rotation axis of the rotation shaft 10 and are arranged in a circumferential direction centering on the rotation axis.
The main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 are arranged on the plane perpendicular to the rotation shaft 10 with a constant interval. When the main rotor core 50 is rotationally displaced, the sub-rotor core 52 is also rotationally displaced on the plane with the constant interval being provided. In this embodiment, the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 have an arc shape centered on the rotational axis of the rotary shaft 10 and are arranged in a circumferential direction centered on the rotational axis. The main rotor core 50 and the sub rotor core 52 are made of a soft magnetic material, and silicon steel or the like is used as the material.

また、メインロータコア50とサブロータコア52は、磁石54、磁石56に対向して設置され、一対のロータコア(メインロータコア50とサブロータコア52)、一対の磁石(磁石54と磁石56)との間には一定の空間が設けられている。この空間の設け方として、図8、図9、図10に示すように、非磁性体であるスペーサ60を設けてもよく、図示しない取り付け部により、空間が設けられるよう一対のロータコアを設けてもよい。なお、スペーサ60の詳細については、上記特許出願(特願2005−289888号)に記載されている。
回転軸10はこの実施例では、円柱状とされる。回転軸10と、メインロータコア50およびサブロータコア52とは、図8〜図10に示すように、非磁性材料であるサポータ62を介して勘合させてもよいし、またはサポータ62を介さず、直接勘合させてもよい。サポータ62を使用する場合は、回転軸10と勘合する回転軸穴62a(図10参照)の直径を調整することにより、回転軸10の太さを適宜変更することが出来る。
磁気センサ6は、磁石54、磁石56との間に配置されている。回転変位するメインロータコア50とサブロータコア52によって変化する磁石54、磁石56間の磁界を磁気センサ6は検出して、この検出された磁界に応じた電圧を出力する。よって、磁界の強度の変化に応じて、磁気センサ6の出力電圧が変化し、その結果、メインロータコア50の回転運動、つまり、回転軸10に取り付けられている可動体の回転角度を検出できる。
The main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 are disposed so as to face the magnet 54 and the magnet 56, and between the pair of rotor cores (the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52) and the pair of magnets (the magnet 54 and the magnet 56). Has a certain space. As a method of providing this space, as shown in FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 10, a spacer 60 that is a non-magnetic material may be provided, and a pair of rotor cores are provided so that a space is provided by a mounting portion (not shown). Also good. The details of the spacer 60 are described in the above-mentioned patent application (Japanese Patent Application No. 2005-289888).
In this embodiment, the rotary shaft 10 is cylindrical. As shown in FIGS. 8 to 10, the rotary shaft 10, the main rotor core 50, and the sub-rotor core 52 may be fitted through a supporter 62 that is a nonmagnetic material, or directly without using the supporter 62. You may make it fit. When the supporter 62 is used, the thickness of the rotating shaft 10 can be appropriately changed by adjusting the diameter of the rotating shaft hole 62a (see FIG. 10) to be fitted with the rotating shaft 10.
The magnetic sensor 6 is disposed between the magnet 54 and the magnet 56. The magnetic sensor 6 detects the magnetic field between the magnet 54 and the magnet 56 that are changed by the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 that are rotationally displaced, and outputs a voltage corresponding to the detected magnetic field. Therefore, the output voltage of the magnetic sensor 6 changes according to the change in the magnetic field strength, and as a result, the rotational motion of the main rotor core 50, that is, the rotational angle of the movable body attached to the rotary shaft 10 can be detected.

以下の説明では、メインロータコア50の上面と垂直に、メインロータコア50を二分するような線を中心線50Cとし、この中心線50Cが磁気センサ6の中心の真上の位置にある場合をメインロータコア50の回転角度を0度とする。また、真上から見て、時計方向に回転した場合を、正方向の回転とし、時計と反対方向に回転した場合を負方向の回転とする。
図12Aはメインロータコア50の回転角度が0度のときの非接触型角度センサ51の斜視図であり、図13Aはメインロータコア50の回転角度が0度のときの非接触型角度センサ51を真上から見た場合の平面図である。
図12Bはメインロータコア50の回転角度が80度のときの非接触型角度センサ51の斜視図であり、図13Bはメインロータコア50の回転角度が80度のときの非接触型角度センサ51を真上から見た場合の平面図である。
図12Cはメインロータコア50の回転角度が−80度のときの非接触型角度センサ51の斜視図であり、図13Cはメインロータコア50の回転角度が−80度のときの非接触型角度センサ51を真上から見た場合の平面図である。この発明の非接触型角度センサ51の検出する角度は±80度の範囲である。なお、図12、図13において、説明の簡略化のために、回転軸10とスペーサ60を省略している。
In the following description, a line that bisects the main rotor core 50 perpendicular to the upper surface of the main rotor core 50 is defined as a center line 50C, and the center rotor core 50C is located at a position directly above the center of the magnetic sensor 6. The rotation angle of 50 is assumed to be 0 degree. Further, when viewed from directly above, the rotation in the clockwise direction is defined as the positive rotation, and the rotation in the opposite direction to the clockwise is defined as the negative rotation.
FIG. 12A is a perspective view of the non-contact type angle sensor 51 when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree, and FIG. 13A shows the non-contact type angle sensor 51 when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree. It is a top view at the time of seeing from the top.
FIG. 12B is a perspective view of the non-contact type angle sensor 51 when the rotation angle of the main rotor core 50 is 80 degrees, and FIG. 13B is a perspective view of the non-contact type angle sensor 51 when the rotation angle of the main rotor core 50 is 80 degrees. It is a top view at the time of seeing from the top.
12C is a perspective view of the non-contact type angle sensor 51 when the rotation angle of the main rotor core 50 is −80 degrees, and FIG. 13C is a non-contact type angle sensor 51 when the rotation angle of the main rotor core 50 is −80 degrees. It is a top view at the time of seeing from right above. The angle detected by the non-contact type angle sensor 51 of the present invention is in the range of ± 80 degrees. In FIG. 12 and FIG. 13, the rotating shaft 10 and the spacer 60 are omitted for simplification of description.

また、図13A〜Cに示すように、点B、点B’をそれぞれ端点とし、磁石56、磁石54をなぞるような曲線(破線で示す)を曲線BB’とする。図14は、メインロータコア50の回転角度が0度の場合のメインロータコア50、サブロータコア52、磁石54、磁石56の曲線BB’の断面を直線状に展開して、磁束センサ6の端子6a側から見て、主な磁界を示した図である。また、以下で説明する図15、図16では、図14と同様に示し、説明に関係のない磁界を省略して図に示す。
図15Aは、メインロータコア50の回転角度が0度の場合の主な磁界を表した図である。図15Aに示すように、磁気センサ6の上面から通過する磁界の強度と磁気センサ6の底面から通過する磁界の強度は等しく、つまり、実質的には0になる。
図15Bは、メインロータコア50の回転角度が80度の場合の主な磁界を表した図である。この場合は、磁気センサ6の底面から通過する磁界の強度は最大となる。
図15Cは、メインロータコア50の回転角度が−80度の場合の主な磁界を表した図である。この場合は、磁気センサ6の上面から通過する磁界の強度は最大となる。
Further, as shown in FIGS. 13A to 13C, a point B and a point B ′ are end points, and a curve (indicated by a broken line) tracing the magnet 56 and the magnet 54 is a curve BB ′. FIG. 14 shows a cross section of the curve BB ′ of the main rotor core 50, the sub-rotor core 52, the magnet 54, and the magnet 56 linearly developed when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree, and the terminal 6a side of the magnetic flux sensor 6 It is the figure which showed the main magnetic field seeing from. 15 and 16, which will be described below, are illustrated in the same manner as in FIG. 14, and a magnetic field that is not related to the description is omitted.
FIG. 15A is a diagram illustrating a main magnetic field when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degrees. As shown in FIG. 15A, the strength of the magnetic field passing from the top surface of the magnetic sensor 6 is equal to the strength of the magnetic field passing from the bottom surface of the magnetic sensor 6, that is, substantially zero.
FIG. 15B is a diagram illustrating main magnetic fields when the rotation angle of the main rotor core 50 is 80 degrees. In this case, the intensity of the magnetic field passing from the bottom surface of the magnetic sensor 6 is maximized.
FIG. 15C is a diagram illustrating main magnetic fields when the rotation angle of the main rotor core 50 is −80 degrees. In this case, the intensity of the magnetic field passing from the upper surface of the magnetic sensor 6 is maximized.

上述のように、従来の非接触型角度センサ51のように、サブロータコア52が設けられていない場合、つまりメインロータコア50が1つの場合は、メインロータコア50の側平面52Bから余分な磁束群30が侵入していた(図6A、図7B参照)。しかし、図15Aに示すように、メインロータコア50と一定の間隔rを隔てて、サブロータコア52が設けられていることにより、メインロータコア50の側平面50Bから余分な磁束群30が侵入せず、この余分な磁束群30はサブロータコア52の底面52Aから入る。その結果、メインロータコア50には余分な磁束群が入らず、メインロータコア50の磁気飽和領域R1を従来のロータコアの磁気飽和領域R’と比べて、低減させることが出来る。その結果、検出範囲の端での、出力変化の低下を防ぐことが出来、非接触型角度センサ51の角度検出精度が向上する。   As described above, when the sub-rotor core 52 is not provided as in the conventional non-contact type angle sensor 51, that is, when the number of the main rotor core 50 is one, the extra magnetic flux group 30 from the side plane 52B of the main rotor core 50. (See FIGS. 6A and 7B). However, as shown in FIG. 15A, by providing the sub-rotor core 52 with a certain distance r from the main rotor core 50, the extra magnetic flux group 30 does not enter from the side plane 50B of the main rotor core 50, The excess magnetic flux group 30 enters from the bottom surface 52 </ b> A of the sub-rotor core 52. As a result, an extra magnetic flux group does not enter the main rotor core 50, and the magnetic saturation region R1 of the main rotor core 50 can be reduced as compared with the magnetic saturation region R ′ of the conventional rotor core. As a result, a decrease in output change at the end of the detection range can be prevented, and the angle detection accuracy of the non-contact type angle sensor 51 is improved.

また、サブロータコア52が設けられていない従来の非接触型角度センサ51において、上述のように、ロータコア8’の回転角度が80度の位置にある場合は、磁気センサ6の機能に悪影響を及ぼす磁束群34が側平面8’Dから侵入していた(図6B、図7D参照)。
しかし、図15Bに示すように、メインロータコア50の回転角度が80度の場合、メインロータコア50と一定の間隔rを設けて、サブロータコア52を設けることにより、磁束群34は、側平面50Dから侵入することがないので、磁気センサ6に悪影響を及ぼすことはない。
つまり、本発明において、メインロータコア50の他に、一定の間隔rが隔てられてサブロータコア52が設けられていることにより、メインロータコア50の側平面から磁束が侵入することを防ぎ、磁気センサ6の精度を向上させ、その結果、非接触型角度センサ51の角度検出も向上することになる。
Further, in the conventional non-contact angle sensor 51 in which the sub-rotor core 52 is not provided, as described above, when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is at the position of 80 degrees, the function of the magnetic sensor 6 is adversely affected. The magnetic flux group 34 entered from the side plane 8′D (see FIGS. 6B and 7D).
However, as shown in FIG. 15B, when the rotation angle of the main rotor core 50 is 80 degrees, by providing the sub-rotor core 52 with a certain distance r from the main rotor core 50, the magnetic flux group 34 is separated from the side plane 50D. Since it does not enter, the magnetic sensor 6 is not adversely affected.
That is, in the present invention, in addition to the main rotor core 50, the sub-rotor core 52 is provided at a constant interval r, thereby preventing magnetic flux from entering from the side plane of the main rotor core 50, and the magnetic sensor 6 As a result, the angle detection of the non-contact type angle sensor 51 is also improved.

次に、メインロータコア50とサブロータコア52との間に設けられる間隔rについて説明をする。
図16はメインロータコア50の回転角度が0度の場合において、間隔rを所定値より長く設けた場合の磁界を示した図である。この場合に、磁束群30が側平面50Bからメインロータコア50に侵入してしまい、その結果、上述した従来の課題を解決できない。つまり、磁気センサ6の精度が劣化してしまう。
また、図17はメインロータコア50の回転角度が0度の場合において、間隔rを所定値より極めて短く、もしくは、間隔rが0でありメインロータコア50とサブロータコア52とが接続されていている場合の磁界を示した図である。この場合は、磁束がメインロータコア50およびサブロータコア52の側平面を通り、あたかも、メインロータコア50とサブロータコア52とが一体となったように機能する。この場合、メインロータコア50が回転しても、磁束の状態が殆ど変化しない。よって、磁気センサ6の出力電圧の変化が小さくなり、結果として、回転角度の検出精度も低下する。従って、側平面50Bから侵入する磁束が、求められる角度の検出精度を劣化させない範囲で、間隔rを出来るだけ広くなるように設計することが望ましい。つまり間隔rは検出精度から求められる設計事項である。なお、具体的な間隔rの値については、以下の実験結果でも説明する。
Next, the distance r provided between the main rotor core 50 and the sub rotor core 52 will be described.
FIG. 16 is a diagram showing a magnetic field when the interval r is longer than a predetermined value when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degrees. In this case, the magnetic flux group 30 enters the main rotor core 50 from the side plane 50B, and as a result, the conventional problem described above cannot be solved. That is, the accuracy of the magnetic sensor 6 is deteriorated.
FIG. 17 shows a case where the interval r is extremely shorter than a predetermined value when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree, or the interval r is 0 and the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 are connected. It is the figure which showed no magnetic field. In this case, the magnetic flux passes through the side planes of the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52, and functions as if the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 are integrated. In this case, even if the main rotor core 50 rotates, the state of the magnetic flux hardly changes. Therefore, the change in the output voltage of the magnetic sensor 6 becomes small, and as a result, the detection accuracy of the rotation angle also decreases. Therefore, it is desirable to design the magnetic flux entering from the side plane 50B so that the interval r is as wide as possible without degrading the required angle detection accuracy. That is, the interval r is a design item required from detection accuracy. A specific value of the interval r will also be described in the following experimental results.

また、この実施例の変形例として、磁気センサ6を複数設けることもできる。図18は、磁気センサを2つ設けた、つまり磁気センサ6と磁気センサ6’を設けた場合の、非接触型角度センサ51の斜視図である。6’aは磁気センサ6’の端子を表す。
また、3つ以上の磁気センサの設置に関しては、図18を用いて説明すると、磁気センサ6、もしくは磁気センサ6’の中に、所望の複数個の磁気センサを内蔵させる。
磁気センサの数を増加させることにより、補償性の向上を図ることが出来る。つまり、1つの磁気センサが故障等をして、他の磁気センサの出力電圧値と比べて、故障した磁気センサの出力電圧値が異常値を示したとしても、故障した磁気センサを早期に発見することが出来る。
また、磁気センサが故障した場合に、正常に作動している磁気センサに切り替える構成にしておくことにより、非接触型角度センサ51を常に正常に動作させることが出来る。
また、複数の磁気センサが出力する電圧値の平均値を求める等で、より正確な出力電圧値を求めることが出来る。
なお、以上では、固定コア2を用いた非接触型角度センサ51について説明したが、固定コア2を省略しても、本発明の非接触型角度センサ51を実施することは出来る。また、メインロータコア50、サブロータコア52、磁石54、磁石56等の形状は上記で説明した形状に限られるものではない。
As a modification of this embodiment, a plurality of magnetic sensors 6 can be provided. FIG. 18 is a perspective view of the non-contact angle sensor 51 when two magnetic sensors are provided, that is, when the magnetic sensor 6 and the magnetic sensor 6 ′ are provided. 6′a represents a terminal of the magnetic sensor 6 ′.
Further, regarding the installation of three or more magnetic sensors, a plurality of desired magnetic sensors are built in the magnetic sensor 6 or the magnetic sensor 6 ′, as will be described with reference to FIG.
The compensation can be improved by increasing the number of magnetic sensors. In other words, even if one magnetic sensor breaks down and the output voltage value of the failed magnetic sensor shows an abnormal value compared to the output voltage value of the other magnetic sensor, the failed magnetic sensor is discovered early I can do it.
In addition, the non-contact angle sensor 51 can always be operated normally by switching to a normally operating magnetic sensor when the magnetic sensor fails.
In addition, a more accurate output voltage value can be obtained, for example, by obtaining an average value of voltage values output from a plurality of magnetic sensors.
Although the non-contact type angle sensor 51 using the fixed core 2 has been described above, the non-contact type angle sensor 51 of the present invention can be implemented even if the fixed core 2 is omitted. Further, the shapes of the main rotor core 50, the sub-rotor core 52, the magnet 54, the magnet 56, and the like are not limited to the shapes described above.

実験結果
以下に、この発明の非接触型角度センサ51が従来のものと比べて優れていることを示す実験結果を説明する。
この実験で使用した非接触型角度センサ51の寸法条件等を説明する。図19はこの実験で使用した非接触型角度センサ51を真上から見て、各々の部分の寸法を記した平面図であり、図20はこの実験で使用した非接触型角度センサ51を真横から見て、各々の部分の寸法を示した平面図である。
Experimental Results Hereinafter, experimental results showing that the non-contact angle sensor 51 of the present invention is superior to the conventional one will be described.
The dimension conditions of the non-contact type angle sensor 51 used in this experiment will be described. FIG. 19 is a plan view showing the dimensions of each part of the non-contact type angle sensor 51 used in this experiment as seen from directly above. FIG. 20 is a side view of the non-contact type angle sensor 51 used in this experiment. It is the top view which showed the dimension of each part seeing from.

図19、図20に示すように、固定コア2の外径を12mmとする。固定コア2の上面と平行であり、かつ磁気センサ6の端子方向をx軸方向とし、固定コア2の上面と平行であり、かつx軸方向と垂直な方向をy軸方向とする。磁石54、56の外周部分がなす円のx軸方向の長さを10mm、y軸方向の長さを9.8mmとし、磁石54、56の内周部分がなす円のx軸方向の長さを6mmとし、y軸方向の長さを6.2mmとする。また、固定コア2の厚さを0.5mm、磁石54、56の厚さを1.0mm、メインロータコア50、サブロータコア52の厚さを1.0mm、スペーサ60(図示せず)により設けられる空間の厚さを0.5mmとする。非接触型角度センサ51がこれらの寸法の場合、上述したメインロータコア50とサブロータコア52との間に設けられる間隔rは、1mmが好ましい。   As shown in FIGS. 19 and 20, the outer diameter of the fixed core 2 is set to 12 mm. The direction parallel to the upper surface of the fixed core 2 and the terminal direction of the magnetic sensor 6 is the x-axis direction, and the direction parallel to the upper surface of the fixed core 2 and perpendicular to the x-axis direction is the y-axis direction. The length in the x-axis direction of the circle formed by the outer peripheral portions of the magnets 54 and 56 is 10 mm, the length in the y-axis direction is 9.8 mm, and the length in the x-axis direction of the circle formed by the inner peripheral portions of the magnets 54 and 56 Is 6 mm, and the length in the y-axis direction is 6.2 mm. The fixed core 2 is provided with a thickness of 0.5 mm, the magnets 54 and 56 are provided with a thickness of 1.0 mm, the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 are provided with a thickness of 1.0 mm, and a spacer 60 (not shown). The thickness of the space is 0.5 mm. When the non-contact angle sensor 51 has these dimensions, the interval r provided between the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 described above is preferably 1 mm.

また、固定コア2の材質を電磁軟鉄とし、磁石材質を保磁力Hc=360KA/mの材料とし、メインロータコア50、サブロータコア52の材質を電磁軟鉄とし、メインロータコア50がなす弧の角度を200度とする。なお、非接触型角度センサ51が上述の寸法の場合、メインロータコア50がなす弧の角度は200度であり、サブロータコア52がなす弧の角度は約160度であることが好ましい。
また、比較する対象として、3種類の上述した従来の非接触型角度センサ12を用いた。これら3種類の非接触型角度センサ12は、ロータコア8’のなす弧の角度(以下、ロータコア角度という)がそれぞれ、180度、200度、220度である。
The material of the fixed core 2 is electromagnetic soft iron, the magnet material is a coercive force Hc = 360 KA / m, the main rotor core 50 and the sub-rotor core 52 are electromagnetic soft iron, and the arc angle formed by the main rotor core 50 is 200. Degree. When the non-contact type angle sensor 51 has the above dimensions, the arc angle formed by the main rotor core 50 is preferably 200 degrees, and the arc angle formed by the sub-rotor core 52 is preferably about 160 degrees.
In addition, three types of conventional non-contact angle sensors 12 described above were used as objects to be compared. In these three types of non-contact angle sensors 12, the angles of arcs formed by the rotor core 8 '(hereinafter referred to as rotor core angles) are 180 degrees, 200 degrees, and 220 degrees, respectively.

図21は、回転角度と、メインロータコア50(ロータコア8’)がその回転角度の位置にある場合の磁気センサ6が検出する磁束密度との関係を示し、横軸が回転角度で、縦軸が磁束密度を表すグラフである。横軸が回転角度を表し、縦軸が磁束密度を表す。また、本発明の非接触型角度センサ51が最も太い実線で表され、ロータコア角度が180度、200度、220度である非接触型角度センサ12がそれぞれ破線、一点鎖線、細い実線で表される。このことは以下で説明する図21においても同様である。
上述したように、磁気センサ6が検出した磁界の強度に応じて電圧を出力し、その出力された電圧で、メインロータコア50(ロータコア8’)の回転角度を求める。つまり、その回転角度に比例した磁束密度を検出できれば、その非接触型角度センサ51は正確な角度検出を出来るということである。従って、図20に示すグラフにおいて、正確な線形性をもつ非接触型角度センサが正確な角度検出を行うことが出来るということである。図21から明らかに、本発明の非接触型角度センサ51が最も正確な線形性を有し、他の従来の非接触型角度センサ12と比べて、正確であることが理解できよう。
FIG. 21 shows the relationship between the rotation angle and the magnetic flux density detected by the magnetic sensor 6 when the main rotor core 50 (rotor core 8 ′) is at the position of the rotation angle. The horizontal axis is the rotation angle, and the vertical axis is It is a graph showing magnetic flux density. The horizontal axis represents the rotation angle, and the vertical axis represents the magnetic flux density. Further, the non-contact type angle sensor 51 of the present invention is represented by the thickest solid line, and the non-contact type angle sensor 12 having the rotor core angles of 180 degrees, 200 degrees, and 220 degrees is represented by a broken line, an alternate long and short dash line, and a thin solid line, respectively. The The same applies to FIG. 21 described below.
As described above, a voltage is output according to the intensity of the magnetic field detected by the magnetic sensor 6, and the rotation angle of the main rotor core 50 (rotor core 8 ′) is obtained from the output voltage. That is, if the magnetic flux density proportional to the rotation angle can be detected, the non-contact angle sensor 51 can accurately detect the angle. Therefore, in the graph shown in FIG. 20, a non-contact type angle sensor having accurate linearity can perform accurate angle detection. As can be seen from FIG. 21, the non-contact angle sensor 51 of the present invention has the most accurate linearity and is more accurate than the other conventional non-contact angle sensors 12.

図22はメインロータコア50(ロータコア8’)の回転角度と偏差との関係を示し、横軸を回転角度、縦軸が偏差であるグラフである。ここで、図23を用いて、偏差について説明する。偏差とは、図23に示すように、図21で示した任意の非接触型角度センサが示すグラフAと、完全に線形性を有するグラフBとを用いて、メインロータコア50もしくはサブロータコア8’の任意の回転角度ωでのグラフA、グラフBの磁束密度をyA、yBとし、Δy=yA−yBとする。また、メインロータコア50(ロータコア8’)の回転角度が80度である場合の磁束密度と、メインロータコア50(ロータコア8’)の回転角度が−80度である場合の磁束密度との差の絶対値をyとすると、回転角度ωにおいての偏差Dは、D=│Δy│/yで表される。
図22からも明らかなように、本発明の非接触型角度センサ51の偏差の値は、従来の他の非接触型角度センサ12の偏差の値と比較して小さく、また線形性を有している。これにより、本発明の非接触型角度センサ51は従来の他の非接触型角度センサ12よりも優れていることが理解されよう。
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the rotation angle and deviation of the main rotor core 50 (rotor core 8 ′), with the horizontal axis representing the rotation angle and the vertical axis representing the deviation. Here, the deviation will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 23, the deviation means the main rotor core 50 or the sub-rotor core 8 ′ using the graph A indicated by the arbitrary non-contact type angle sensor shown in FIG. 21 and the graph B having completely linearity. The magnetic flux densities of graphs A and B at an arbitrary rotation angle ω are yA and yB, and Δy = yA−yB. Further, the absolute difference between the magnetic flux density when the rotation angle of the main rotor core 50 (rotor core 8 ′) is 80 degrees and the magnetic flux density when the rotation angle of the main rotor core 50 (rotor core 8 ′) is −80 degrees. When the value is y, the deviation D at the rotation angle ω is expressed by D = | Δy | / y.
As apparent from FIG. 22, the deviation value of the non-contact type angle sensor 51 of the present invention is smaller than the deviation value of the other conventional non-contact type angle sensor 12 and has linearity. ing. Thereby, it will be understood that the non-contact type angle sensor 51 of the present invention is superior to other conventional non-contact type angle sensors 12.

図1Aは従来の非接触型角度センサ1の斜視図、図1Bは磁気センサ6の斜視図、図1Cは非接触型角度センサ9の斜視図である。FIG. 1A is a perspective view of a conventional non-contact type angle sensor 1, FIG. 1B is a perspective view of a magnetic sensor 6, and FIG. 1C is a perspective view of a non-contact type angle sensor 9. 非接触型角度センサ12の斜視図。The perspective view of the non-contact type angle sensor 12. FIG. 非接触型角度センサ12の回転軸10を省略した斜視図であり、図3Aはロータコア8’の回転角度が0度の場合、図3Bはロータコア8’の回転角度が80度の場合、図3Cはロータコア8’の回転角度が−80度の場合である。FIG. 3A is a perspective view in which the rotation shaft 10 of the non-contact type angle sensor 12 is omitted, FIG. 3A shows a case where the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 0 degree, and FIG. 3B shows a case where the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees. Is the case where the rotation angle of the rotor core 8 'is -80 degrees. 非接触型角度センサ12を真上から見た平面図であり、図4Aはロータコア8’の回転角度が0度の場合、図4Bはロータコア8’の回転角度が80度の場合、図4Cはロータコア8’の回転角度が−80度の場合である。4A is a plan view of the non-contact type angle sensor 12 as viewed from directly above, FIG. 4A shows a case where the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 0 degree, FIG. 4B shows a case where the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees, and FIG. This is a case where the rotation angle of the rotor core 8 ′ is −80 degrees. ロータコア8もしくはロータコア8’を真上から見た平面図で、一定の部分(斜線部分)で磁気飽和現象が生じていることを示す図であり、図5Aはロータコア8について示す図、図5Bはロータコア8’について示す図である。FIG. 5A is a plan view of the rotor core 8 or the rotor core 8 ′ viewed from directly above, showing that a magnetic saturation phenomenon occurs in a certain portion (shaded portion), FIG. 5A is a diagram showing the rotor core 8, and FIG. It is a figure shown about rotor core 8 '. 図6Aはロータコア8’の回転角度が0度である場合に、ロータコア8’の磁石44’側の側平面8’Bに磁石44’からの磁束群30が侵入することを示す図、図6Bはロータコア8’の回転角度が80度である場合のロータコア8’の側平面8’B付近と側平面8’D付近の磁束の動きを示した図である。6A is a diagram showing that the magnetic flux group 30 from the magnet 44 ′ enters the side plane 8′B on the magnet 44 ′ side of the rotor core 8 ′ when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 0 degree, FIG. These are figures which showed the motion of the magnetic flux of side surface 8'B vicinity and side surface 8'D vicinity of rotor core 8 'when the rotation angle of rotor core 8' is 80 degree | times. 図7Aはロータコア8’の回転角度が0度の場合において、非接触型角度センサを真上から見た平面図に曲線BB’を付した図、図7Bはロータコア8’の回転角度が0度の場合のロータコア8’、磁石42’、磁石44’の曲線BB’の断面を直線状に展開して磁界を示した図、図7Cはロータコア8’の回転角度が80度の場合において、非接触型角度センサを真上から見た平面図に曲線BB’を付した図、図7Dはロータコア8’の回転角度が80度の場合のロータコア8’、磁石42’、磁石44’の曲線BB’の断面を直線状に展開して磁界を示した図である。FIG. 7A is a diagram in which a curve BB ′ is attached to a plan view of the non-contact type angle sensor viewed from directly above when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 0 degree, and FIG. 7B is a diagram in which the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 0 degree. FIG. 7C is a diagram showing a magnetic field by linearly developing the cross section of the curve BB ′ of the rotor core 8 ′, the magnet 42 ′, and the magnet 44 ′ in the case of FIG. FIG. 7D is a plan view of the contact-type angle sensor as viewed from directly above, and FIG. 7D is a curve BB of the rotor core 8 ′, the magnet 42 ′, and the magnet 44 ′ when the rotation angle of the rotor core 8 ′ is 80 degrees. It is the figure which expand | deployed the cross section of 'to linear form, and showed the magnetic field. この発明の非接触型角度センサ51の斜視図。The perspective view of the non-contact type angle sensor 51 of this invention. この発明の非接触型角度センサ51において、磁気センサ6から見て、向かって右側から見た平面図。In the non-contact type angle sensor 51 of this invention, it is the top view seen from the right side seeing from the magnetic sensor 6. FIG. この発明の非接触型角度センサ51を分解した図。The figure which decomposed | disassembled the non-contact-type angle sensor 51 of this invention. この発明の非接触型角度センサ51の回転軸10とスペーサ60を省略した斜視図。The perspective view which abbreviate | omitted the rotating shaft 10 and the spacer 60 of the non-contact-type angle sensor 51 of this invention. この発明の非接触型角度センサ51の回転軸10とスペーサ60を省略した斜視図であり、図12Aはメインロータコア50の回転角度が0度の場合、図12Bはメインロータコア50の回転角度が80度の場合、図12Cはメインロータコア50の回転角度が−80度の場合である。FIG. 12A is a perspective view in which the rotation shaft 10 and the spacer 60 of the non-contact type angle sensor 51 of the present invention are omitted. FIG. 12A shows a case where the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree, and FIG. In the case of degrees, FIG. 12C shows a case where the rotation angle of the main rotor core 50 is −80 degrees. この発明の非接触型角度センサ51を真上から見た平面図に曲線BB’を付した図であり、図13Aはメインロータコア50の回転角度が0度の場合、図13Bはメインロータコア50の回転角度が80度の場合、図13Cはメインロータコア50の回転角度が−80度の場合である。FIG. 13A is a plan view of the non-contact type angle sensor 51 of the present invention as viewed from directly above, and a curve BB ′ is attached. FIG. 13A shows a case where the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree, and FIG. When the rotation angle is 80 degrees, FIG. 13C shows the case where the rotation angle of the main rotor core 50 is −80 degrees. メインロータコア50の回転角度が0度の場合のメインロータコア50、サブロータコア52、磁石54、磁石56の曲線BB’の断面を直線状に展開して主な磁界を示した図。The figure which showed the main magnetic field by developing the cross section of curve BB 'of the main rotor core 50, the subrotor core 52, the magnet 54, and the magnet 56 linearly when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree | times. メインロータコア50、サブロータコア52、磁石54、磁石56の曲線BB’の断面を直線状に展開して主な磁界を示した図であり、図15Aはメインロータコア50の回転角度が0度の場合、図15Bはメインロータコア50の回転角度が80度の場合、図15Cはメインロータコア50の回転角度が−80度の場合である。FIG. 15A is a diagram illustrating a main magnetic field by developing a section of a curve BB ′ of the main rotor core 50, the sub rotor core 52, the magnet 54, and the magnet 56 in a straight line, and FIG. 15B shows a case where the rotation angle of the main rotor core 50 is 80 degrees, and FIG. 15C shows a case where the rotation angle of the main rotor core 50 is −80 degrees. メインロータコア50の回転角度が0度の場合において、メインロータコアとサブロータコア52との間隔rを所定値より長く設けた場合の主な磁界を示した図。The figure which showed the main magnetic field at the time of providing the space | interval r of the main rotor core and the subrotor core 52 longer than predetermined value, when the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree | times. メインロータコア50の回転角度が0度の場合において、メインロータコアとサブロータコア52との間隔rが極めて短く、もしくは0である場合の主な磁界を示した図。The figure which showed the main magnetic field in case the rotation angle of the main rotor core 50 is 0 degree | times, and the space | interval r of the main rotor core and the subrotor core 52 is very short, or is zero. この発明の非接触型角度センサ51において、磁気センサ6を2つ設けた場合の斜視図。The perspective view at the time of providing the two magnetic sensors 6 in the non-contact-type angle sensor 51 of this invention. 実験で使用したこの発明の非接触型角度センサ51を真上から見て、各々の部分の寸法を記した平面図。The top view which described the dimension of each part seeing the non-contact type angle sensor 51 of this invention used in experiment from right above. 実験で使用した非接触型角度センサ51を真横から見て、各々の部分の寸法を示した平面図。The top view which showed the dimension of each part seeing the non-contact type angle sensor 51 used in experiment from the side. 本発明の非接触型角度センサ51と従来の非接触型角度センサにおいて、メインロータコア50(ロータコア8’)の回転角度と磁気センサ6が検出する磁束密度との関係を示すグラフ。6 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the main rotor core 50 (rotor core 8 ′) and the magnetic flux density detected by the magnetic sensor 6 in the non-contact angle sensor 51 of the present invention and the conventional non-contact angle sensor. 本発明の非接触型角度センサ51と従来の非接触型角度センサにおいて、メインロータコア50(ロータコア8’)の回転角度と偏差の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the rotation angle of the main rotor core 50 (rotor core 8 '), and deviation in the non-contact type angle sensor 51 of this invention and the conventional non-contact type angle sensor. 偏差を説明するためのグラフ。A graph for explaining the deviation.

Claims (4)

固定部と可動部からなり、回転軸の回転角度を検出する非接触型角度センサであって、
上記固定部は、上記回転変位方向に配列されて配置された一対の磁石と、
上記一対の磁石間に配置された磁気センサと、を有し、
上記可動部は、回転軸に取り付けられた磁性材よりなる一対のロータコアを有し、
上記一対の磁石は、上記回転軸の軸心方向に互いに逆向きに着磁され、
上記磁気センサは、回転変位する上記ロータコアによって変化する磁界を検出し、
上記一対のロータコアは、上記一対の磁石に対向するように位置され、上記一対の磁石との間に一定の空間が設けられていることを特徴とする非接触型角度センサ。
It is a non-contact type angle sensor that consists of a fixed part and a movable part and detects the rotation angle of the rotating shaft,
The fixed portion includes a pair of magnets arranged in the rotational displacement direction, and
A magnetic sensor disposed between the pair of magnets,
The movable part has a pair of rotor cores made of a magnetic material attached to a rotating shaft,
The pair of magnets are magnetized in opposite directions in the axial direction of the rotating shaft,
The magnetic sensor detects a magnetic field changed by the rotor core that is rotationally displaced,
The pair of rotor cores are positioned so as to face the pair of magnets, and a fixed space is provided between the pair of magnets.
請求項1記載の非接触型角度センサであって、
上記一対のロータコアの間隔が、当該非接触型角度センサに求められる検出精度を劣化させない範囲としていることを特徴とする非接触型角度センサ。
The non-contact type angle sensor according to claim 1,
The non-contact angle sensor, wherein the distance between the pair of rotor cores is within a range that does not deteriorate the detection accuracy required for the non-contact angle sensor.
請求項1または2記載の非接触型角度センサであって、
上記磁気センサが複数配置されていることを特徴とする非接触型角度センサ。
The non-contact type angle sensor according to claim 1 or 2,
A non-contact angle sensor, wherein a plurality of the magnetic sensors are arranged.
請求項1〜3記載の非接触型角度センサであって、
上記空間はスペーサにより設けられていることを特徴とする非接触型角度センサ。
The non-contact type angle sensor according to claim 1,
The non-contact type angle sensor, wherein the space is provided by a spacer.
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