JP2009002737A - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車のスロットルバルブやステアリングホィール等の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of, for example, a throttle valve or a steering wheel of an automobile.
従来技術として、特許文献1に開示された回転角度検出装置がある。
この回転角度検出装置は、図11に示す様に、回転軸100に取り付けられた円板状の磁石110と、この磁石110の外周に配置される2個のホール素子(第1ホール素子120、第2ホール素子130)とを用いている。なお、図11(a)は回転角度検出装置の軸方向平面図であり、同図(b)は同装置の側面図である。
第1ホール素子120は、磁気を検出する感磁面が、磁石110の回転中心である回転軸100を向いて配置され、第2ホール素子130は、磁気を検出する感磁面が、第1ホール素子120の感磁面と直交する方向を向いて配置されている。つまり、2個のホール素子120、130は、両者の出力が90°ずれた位相関係になる様に配置されている。
As a prior art, there is a rotation angle detection device disclosed in Patent Document 1.
As shown in FIG. 11, the rotation angle detection device includes a disk-
The
上記の構成によれば、第1ホール素子120の出力と第2ホール素子130の出力との位相が90度ずれるため、回転軸100と共に磁石110が回転すると、図4に示す様に、第1ホール素子120から正弦波の信号aが出力され、第2ホール素子130から余弦波の信号bが出力される。この二つの出力を逆三角関数演算で直線特性に変換することにより、回転軸100の回転角度を0°〜360°の範囲で検出することができる。
ところが、上記の回転角度検出装置では、磁石110に対して第1ホール素子120および第2ホール素子130に位置ずれが有ると、第1ホール素子120の出力と第2ホール素子130の出力との間に位相ずれが生じる。
例えば、図12に示す様に、磁石110に対して第1ホール素子120および第2ホール素子130の感磁面が所定角度αだけ傾く(以後、配置ずれと呼ぶ)と、図6に示す様に、第1ホール素子120の出力と第2ホール素子130の出力との位相差が90°にはならず、位相ずれが生じる。
However, in the above rotation angle detection device, if the
For example, as shown in FIG. 6, when the magnetic sensitive surfaces of the
なお、図6に示すグラフは、2個のホール素子120、130が正常に配置されている、つまり、配置ずれが無い場合の出力信号(第1ホール素子120の出力a、第2ホール素子130の出力b)と、2個のホール素子120、130にα=5°の配置ずれが有る場合の出力信号(第1ホール素子120の出力a1、第2ホール素子130の出力b1)とを示している。
2個のホール素子120、130に配置ずれが無い場合の出力と配置ずれが有る場合の出力とを比べると、配置ずれが無い場合の第1ホール素子120の出力aと第2ホール素子130の出力bとの位相差が90°であるのに対して、配置ずれが有る場合の第1ホール素子120の出力a1と第2ホール素子130の出力b1との位相差が78.3°となっている。この2個のホール素子120、130に配置ずれが有る場合の出力を基に回転角度を検出すると、図7に示す様に、磁石110の回転角度位置に応じて角度誤差を生じる結果となる。
Note that the graph shown in FIG. 6 shows that the output signals (the output a of the
Comparing the output when there is no misalignment between the two
ところで、角度誤差を低減する手段として、第1ホール素子120の出力と第2ホール素子130の出力とをICにて読み取り、両者の位相ずれを低減する様にマップ補正する方法が考えられる。しかし、この方法では、角度誤差をより小さくするためにマップ数が多数必要となるため、ICの回路規模が大きくなり、センサの体格UPおよびコストの増大を招く。さらに、マップでの補正値を出力することになるため、応答速度も遅くなるという欠点がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、センサの体格UPやコストの増大を招くことなく、2個の磁気検出素子の配置ずれによって発生する角度誤差を低減でき、且つ、応答性の悪化を防止できる回転角度検出装置を提供することにある。
By the way, as a means for reducing the angle error, a method of reading the output of the
The present invention has been made based on the above circumstances, and its purpose is to reduce the angle error caused by the misalignment of the two magnetic detection elements without increasing the physique of the sensor or increasing the cost. And it is providing the rotation angle detection apparatus which can prevent the deterioration of responsiveness.
(請求項1の発明)
本発明は、円板状あるいはリング状に設けられて径方向に着磁され、且つ、径方向の中心に配置される回転軸と一体に回転する磁石と、この磁石が発生する磁場に配置されて磁気を検出する2個の磁気検出素子を有し、この2個の磁気検出素子により検出された磁気の変化を基に、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、2個の磁気検出素子は、両者の磁気検出面が直交する位置関係に配置され、磁石は、第1の磁石と第2の磁石とから成り、この第1の磁石と第2の磁石が、回転軸の軸線方向に隣接して、または所定の間隔を隔てて配置され、且つ、2個の磁気検出素子の出力の位相ずれに応じて、第1の磁石と第2の磁石との回転角度位置を相対的に所定角度ずらすことにより、2個の磁気検出素子の出力の位相ずれを補正することを特徴とする。
(Invention of Claim 1)
The present invention is arranged in a disk shape or a ring shape, is magnetized in the radial direction, and rotates integrally with a rotating shaft disposed in the center of the radial direction, and a magnetic field generated by the magnet. A rotation angle detecting device for detecting a rotation angle of a rotary shaft based on a change in magnetism detected by the two magnetic detection elements. Each of the magnetic detection elements is arranged in a positional relationship in which both magnetic detection surfaces are orthogonal to each other, and the magnet is composed of a first magnet and a second magnet, and the first magnet and the second magnet rotate. The rotation angle position of the first magnet and the second magnet is arranged adjacent to each other in the axial direction of the shaft or at a predetermined interval, and according to the phase shift of the outputs of the two magnetic detection elements The phase shift of the outputs of the two magnetic detection elements is made relatively by shifting the angle by a predetermined angle. Characterized in that it positive.
本発明の回転角度検出装置は、第1の磁石と第2の磁石との合成磁場に2個の磁気検出素子が配置され、その2個の磁気検出素子の出力を基に回転角度を検出している。この構成では、第1の磁石と第2の磁石との回転角度位置が相対的にずれると、合成磁場の強さが変化して、2個の磁気検出素子の出力位相差にずれが生じる。そこで、2個の磁気検出素子の出力に位相ずれが生じた場合、言い換えると、二つの出力の位相差が、本来の位相差(例えば90°)からずれた場合は、その位相差のずれ(位相ずれと呼ぶ)に応じて、第1の磁石と第2の磁石との回転角度位置を相対的に所定角度ずらすことにより、二つの出力の位相ずれを補正することができる。
この方法によれば、二つの出力の位相ずれを低減するためにマップ補正する必要がないので、センサの体格UPやコストの増大を招くことはなく、且つ、マップでの補正値を出力する必要もないので、応答性が悪化することもない。
In the rotation angle detection device of the present invention, two magnetic detection elements are arranged in the combined magnetic field of the first magnet and the second magnet, and the rotation angle is detected based on the outputs of the two magnetic detection elements. ing. In this configuration, when the rotation angle positions of the first magnet and the second magnet are relatively shifted, the strength of the combined magnetic field is changed, and the output phase difference between the two magnetic detection elements is shifted. Therefore, when a phase shift occurs between the outputs of the two magnetic detection elements, in other words, when the phase difference between the two outputs deviates from the original phase difference (for example, 90 °), the phase difference shift ( (Referred to as phase shift), the phase shift between the two outputs can be corrected by relatively shifting the rotational angle positions of the first magnet and the second magnet by a predetermined angle.
According to this method, it is not necessary to perform map correction in order to reduce the phase shift between the two outputs, so there is no need to increase the physique of the sensor or increase the cost, and it is necessary to output a correction value on the map. Therefore, the responsiveness is not deteriorated.
(請求項2の発明)
請求項1に記載した回転角度検出装置において、第1の磁石と第2の磁石は、同形状および同性能を有することを特徴とする。
(Invention of Claim 2)
The rotation angle detection apparatus according to claim 1, wherein the first magnet and the second magnet have the same shape and the same performance.
(請求項3の発明)
請求項1または2に記載した回転角度検出装置において、2個の磁気検出素子は、それぞれ磁束密度に応じた電気信号を出力するホール素子であり、その2個のホール素子を一つのチップ内に搭載した1個のホールICを備えることを特徴とする。
(Invention of Claim 3)
3. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein each of the two magnetic detection elements is a Hall element that outputs an electric signal corresponding to a magnetic flux density, and the two Hall elements are arranged in one chip. It is characterized by comprising one mounted Hall IC.
(請求項4の発明)
請求項3に記載した回転角度検出装置において、ホールICは、2個のホール素子の出力のオフセット及びゲインを調整できる補正機能を備えていることを特徴とする。
(Invention of Claim 4)
The rotation angle detection device according to claim 3 is characterized in that the Hall IC has a correction function capable of adjusting the offset and gain of the outputs of the two Hall elements.
(請求項5の発明)
請求項3または4に記載した回転角度検出装置において、ホールICは、第1の磁石および第2の磁石の外周縁より半径方向の外側に置かれ、且つ、第1の磁石と第2の磁石とを合わせた軸方向厚みの範囲内に配置されることを特徴とする。
(Invention of Claim 5)
5. The rotation angle detection device according to claim 3, wherein the Hall IC is placed radially outward from the outer peripheral edges of the first magnet and the second magnet, and the first magnet and the second magnet. Are arranged within the range of the axial thickness.
(請求項6の発明)
請求項5に記載した回転角度検出装置において、ホールICは、第1の磁石と第2の磁石とを合わせた軸方向厚み内の2つの磁石のいずれか一方側に配置されていて、その一方の磁石の厚みの範囲内に設置されていることを特徴とする。
(Invention of Claim 6)
6. The rotation angle detecting device according to
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
図1(a)は回転角度検出装置1の軸方向平面図、同図(b)は回転角度検出装置1の側面図である。
本実施例の回転角度検出装置1は、図1(b)に示す様に、回転軸2に固定された2個の磁石3、4と、この2個の磁石3、4に近接して配置される1個のホールIC5とを備える。2個の磁石3、4は、同形状および同性能を有するベース磁石3と補助磁石4であり、図1(a)に示す様に、平面形状が円形に設けられて、その径方向に着磁されている。つまり、径方向の半分がS極、残り半分がN極となる様に着磁されている。このベース磁石3と補助磁石4は、両者が軸方向に重ね合わされた状態で回転軸2に固定され、回転軸2と一体に回転する。
FIG. 1A is an axial plan view of the rotation angle detection device 1, and FIG. 1B is a side view of the rotation angle detection device 1.
As shown in FIG. 1 (b), the rotation angle detection device 1 of the present embodiment is arranged with two
ホールIC5は、ベース磁石3と補助磁石4とが発生する合成磁場に配置されている。具体的には、ベース磁石3および補助磁石4の外周縁より半径方向の外側に近接して置かれ、且つ、補助磁石4の軸方向厚みの範囲内に配置されている。このホールIC5には、合成磁場の磁束密度に応じて電気信号(例えば電圧信号)を出力する2個のホール素子(第1ホール素子6と第2ホール素子7)が搭載されている。
第1ホール素子6は、磁気を検出する感磁面が、ベース磁石3及び補助磁石4の回転中心である回転軸2を向いて配置され、第2ホール素子7は、磁気を検出する感磁面が、第1ホール素子6の感磁面と直交する方向を向いて配置されている。つまり、2個のホール素子6、7は、両者の感磁面が直交する位置関係に配置されている。
The
The
また、ホールIC5には、図3に示す様に、第1ホール素子6の出力信号を増幅する第1アンプ回路8、第2ホール素子7の出力信号を増幅する第2アンプ回路9、増幅された二つのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路10、A/D変換された二つのデジタル信号を基に回転角度を演算する信号処理回路11、演算された回転角度のデジタル値をアナログ値に変換するD/A変換回路12等を搭載している。
なお、信号処理回路11は、例えば、周知のDSP(デジタルシグナルプロセッサ)により構成され、デジタル変換された二つの出力信号のオフセットを補正するオフセット補正回路11a、ゲインを補正するゲイン補正回路11b、および逆三角関数演算を行う演算回路11c等を有している。
Further, as shown in FIG. 3, the
The
次に、本実施例に係る回転角度検出装置1の作動を説明する。
回転軸2と一体にベース磁石3及び補助磁石4が回転すると、図4に示す様に、第1ホール素子6から磁束密度に応じた信号aが出力され、第2ホール素子7から磁束密度に応じた信号bが出力される。この二つの出力信号を増幅してA/D変換した後、オフセット及びゲインの調整を行い、逆三角関数演算によりリニアな特性に変換して回転角度を算出する。
ところで、2個のホール素子6、7は、両者の感磁面が直交する位置関係に配置されているため、2個のホール素子6、7に配置ずれが無ければ、第1ホール素子6の出力と第2ホール素子7の出力(以下、2出力と言う)との位相差は90°となる。しかし、図5に示す様に、2個のホール素子6、7に配置ずれ(ずれ角α)が有ると、2出力の位相差が90°にはならず、図6に示す様に、位相ずれ(位相差のずれ)が生じる。
Next, the operation of the rotation angle detection device 1 according to this embodiment will be described.
When the base magnet 3 and the
By the way, since the two
なお、図6に示すグラフは、2個のホール素子6、7に配置ずれが無い場合の出力信号(第1ホール素子6の出力a、第2ホール素子7の出力b)と、2個のホール素子6、7にα=5°の配置ずれが有る場合の出力信号(第1ホール素子6の出力a1、第2ホール素子7の出力b1)とを示している。2個のホール素子6、7に配置ずれが無い場合(α=0°)は、図7に実線Xで示す様に、ベース磁石3及び補助磁石4の回転角度位置に対して角度誤差を生じることはないが、2個のホール素子6、7に配置ずれが有る場合(α=5°)は、同図の曲線Yで示す様に、ベース磁石3及び補助磁石4の回転角度位置に対して角度誤差を生じる。
Note that the graph shown in FIG. 6 shows an output signal (output a of the
この角度誤差を無くすために、本実施例では、図2に示す様に、ベース磁石3に対して補助磁石4の回転角度位置を所定角度φずらすことにより、2出力の位相ずれを補正している。言い換えると、2個のホール素子6、7の配置ずれによって生じる2出力の位相ずれが0°(2出力の位相差が90°)に成る様に、ベース磁石3に対して補助磁石4の回転角度位置を所定角度φずらしている。
2個のホール素子6、7の配置ずれがα=5°の時に、ベース磁石3に対する補助磁石4のずれ角度φと2出力の位相ずれとの関係を測定すると、図8に示す結果が得られる。
In order to eliminate this angular error, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the rotational angle position of the
When the positional deviation of the two
つまり、2個のホール素子6、7の配置ずれがα=5°の時は、ベース磁石3に対して補助磁石4を約65°ずらすことにより、2出力の位相ずれが0°となる。
実際に、補助磁石4の回転角度位置を約65°ずらした状態で2個のホール素子6、7の出力を測定すると、図9に示す様に、補助磁石4をずらす前、つまり、ベース磁石3と補助磁石4との回転角度位置が同一の状態〔図1(b)に示す状態〕で測定した2個のホール素子6、7の出力とは異なり、2出力の位相差が90°となっている。
That is, when the misalignment between the two
Actually, when the outputs of the two
(実施例の効果)
本実施例の回転角度検出装置1では、第1ホール素子6および第2ホール素子7の配置ずれにより、第1ホール素子6の出力と第2ホール素子7の出力との位相差が90°からずれている時、つまり、2出力の位相ずれが有る時に、その位相ずれに応じて補助磁石4の回転角度位置をずらすことにより、2出力の位相ずれを容易に補正でき、角度誤差を低減できる。
この方法によれば、2出力の位相ずれを低減するためにマップ補正する必要がないので、ホールIC5の体格UPやコストの増大を招くことはなく、且つ、マップでの補正値を出力する必要もないので、応答性が悪化することもない。
また、本実施例では、1個のホールIC5に第1ホール素子6と第2ホール素子7とを搭載しているので、第1ホール素子6と第2ホール素子7の環境条件が略同等である。つまり、第1ホール素子6と第2ホール素子7との間に温度差が殆ど発生しないので、良好、且つ、安定した角度検出が可能である。
(Effect of Example)
In the rotation angle detection device 1 of the present embodiment, the phase difference between the output of the
According to this method, it is not necessary to perform map correction in order to reduce the phase shift between the two outputs. Therefore, the physique of the
In this embodiment, since the
図10は回転角度検出装置1の側面図である。
上記の実施例1では、ベース磁石3と補助磁石4とを軸方向に重ねた状態で回転軸2に固定しているが、図10に示す様に、ベース磁石3と補助磁石4との間に所定の隙間Xを有する状態で回転軸2に固定しても良い。
本実施例においても、実施例1と同じく、2出力の位相ずれが有る時に、その位相ずれに応じて、補助磁石4の回転角度位置をずらすことにより、2出力の位相ずれを補正することができる。
FIG. 10 is a side view of the rotation angle detection device 1.
In the first embodiment, the base magnet 3 and the
Also in this embodiment, as in the first embodiment, when there is a phase shift of two outputs, the phase shift of two outputs can be corrected by shifting the rotational angle position of the
(変形例)
実施例1では、2個のホール素子6、7の配置ずれに対して、補助磁石7の回転角度位置をずらす方法を記載したが、2出力の位相ずれに応じて、ベース磁石6と補助磁石7との回転角度位置を相対的に所定角度ずらすことにより、2出力の位相ずれを補正することもできる。
(Modification)
In the first embodiment, the method of shifting the rotational angle position of the
1 回転角度検出装置
2 回転軸
3 ベース磁石(第1の磁石)
4 補助磁石(第2の磁石)
5 ホールIC
6 第1ホール素子(磁気検出素子)
7 第2ホール素子(磁気検出素子)
11a オフセット補正回路(補正機能)
11b ゲイン補正回路(補正機能)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation
4 Auxiliary magnet (second magnet)
5 Hall IC
6 1st Hall element (magnetic detection element)
7 Second Hall element (magnetic detection element)
11a Offset correction circuit (correction function)
11b Gain correction circuit (correction function)
Claims (6)
この磁石が発生する磁場に配置されて磁気を検出する2個の磁気検出素子を有し、この2個の磁気検出素子により検出された磁気の変化を基に、前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記2個の磁気検出素子は、両者の磁気検出面が直交する位置関係に配置され、
前記磁石は、第1の磁石と第2の磁石とから成り、この第1の磁石と第2の磁石が、前記回転軸の軸線方向に隣接して、または所定の間隔を隔てて配置され、且つ、前記2個の磁気検出素子の出力の位相ずれに応じて、前記第1の磁石と前記第2の磁石との回転角度位置を相対的に所定角度ずらすことにより、前記2個の磁気検出素子の出力の位相ずれを補正することを特徴とする回転角度検出装置。 A magnet that is provided in a disk shape or a ring shape, is magnetized in the radial direction, and rotates integrally with a rotation shaft that is disposed at the center in the radial direction;
It has two magnetism detection elements that are arranged in the magnetic field generated by this magnet and detects magnetism, and based on the change in magnetism detected by these two magnetism detection elements, the rotation angle of the rotating shaft is detected A rotation angle detecting device for
The two magnetic detection elements are arranged in a positional relationship in which both magnetic detection surfaces are orthogonal to each other,
The magnet includes a first magnet and a second magnet, and the first magnet and the second magnet are arranged adjacent to each other in the axial direction of the rotating shaft or at a predetermined interval. In addition, the two magnetic detection elements can be obtained by relatively shifting a rotational angle position between the first magnet and the second magnet in accordance with a phase shift of outputs of the two magnetic detection elements. A rotation angle detecting device for correcting a phase shift of an output of an element.
前記第1の磁石と前記第2の磁石は、同形状および同性能を有することを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 1,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the first magnet and the second magnet have the same shape and the same performance.
前記2個の磁気検出素子は、それぞれ磁束密度に応じた電気信号を出力するホール素子であり、その2個のホール素子を一つのチップ内に搭載した1個のホールICを備えることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 1 or 2,
Each of the two magnetic detection elements is a Hall element that outputs an electric signal corresponding to a magnetic flux density, and includes one Hall IC in which the two Hall elements are mounted in one chip. Rotation angle detection device.
前記ホールICは、前記2個のホール素子の出力のオフセット及びゲインを調整できる補正機能を備えていることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 3,
The Hall IC has a correction function capable of adjusting offsets and gains of outputs of the two Hall elements.
前記ホールICは、前記第1の磁石および前記第2の磁石の外周縁より半径方向の外側に置かれ、且つ、前記第1の磁石と前記第2の磁石とを合わせた軸方向厚みの範囲内に配置されることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 3 or 4,
The Hall IC is placed on the outer side in the radial direction from the outer peripheral edges of the first magnet and the second magnet, and the axial thickness range of the first magnet and the second magnet is combined. A rotation angle detection device, wherein the rotation angle detection device is disposed inside.
前記ホールICは、前記第1の磁石と前記第2の磁石とを合わせた軸方向厚み内の2つの磁石のいずれか一方側に配置されていて、その一方の磁石の厚みの範囲内に設置されていることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 5,
The Hall IC is arranged on one side of two magnets within the axial thickness of the first magnet and the second magnet, and is installed within the range of the thickness of one of the magnets. A rotation angle detection device characterized by being provided.
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