JP2009288158A - Rotation angle detecting device - Google Patents
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Description
本発明は、N極領域とS極領域とが回転軸心の回りに交互に設けられた被検出回転体と、被検出回転体と対向配置された磁気検出素子とを備えている回転角度検出装置に関する。 The present invention provides a rotation angle detection comprising a detected rotating body in which an N-pole region and an S-pole region are alternately provided around a rotation axis, and a magnetic detection element arranged to face the detected rotating body. Relates to the device.
この種の回転角度検出装置に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献1がある。この特許文献1に記された回転角度検出装置は、N極領域とS極領域とが被検出回転体の径方向外側を向くように配置されており、磁場検出部として、N極領域およびS極領域による回転外周面と対向する板状磁性体と、同板状磁性体の裏面付近に互いに離間配置された4つのホール素子(磁気検出素子)とを設けている。ここでは、被検出回転体の径方向外側は、N極領域またはS極領域によって発生する最大磁場が得られる第1方向と一致する。4つのホール素子は、被検出回転体の外周面の回転方向であり、N極領域とS極領域との並び方向である第2方向(第1方向に対して垂直)に沿って並置された第1対のホール素子、及び、第1方向と第2方向の双方と直行し、被検出回転体の軸心と平行な第3方向(第1方向及び第2方向に対して垂直)に沿って並置された第2対のホール素子である。
As prior art document information related to this type of rotation angle detection device, there is
板状磁性体は、磁気的な飽和状態に達し難いように、第1方向と垂直になるように配置されているので、逆に磁場検出部の板状磁性体をN極領域およびS極領域による回転外周面に対して近接配置できる。そのためN極領域およびS極領域の構成部材として比較的磁力の低い非希土類磁石を用いても、被検出回転体の角度検出が可能となる。 Since the plate-like magnetic body is arranged so as to be perpendicular to the first direction so that it is difficult to reach a magnetic saturation state, conversely, the plate-like magnetic body of the magnetic field detection unit is placed in the N-pole region and the S-pole region Can be placed close to the rotating outer peripheral surface. Therefore, even when non-rare earth magnets having a relatively low magnetic force are used as the constituent members in the N-pole region and the S-pole region, the angle of the detected rotating body can be detected.
N極領域およびS極領域によって第1方向の磁束が形成されると、第1対の2つのホール素子に向きの同じ磁束が作用するので、これらのホール素子から出力される電圧の加算によって磁場成分の大きさや時間的変化を検出できる。
他方、第3方向に外乱磁場が印加される場合は、第1対の2つのホール素子に対して、第1方向に沿った、ただし互いに逆向きの磁束が作用するので、これらのホール素子から出力される電圧の加算によって、外乱磁場による作用がキャンセルされる。
When a magnetic flux in the first direction is formed by the N-pole region and the S-pole region, the same magnetic flux in the first pair acts on the two Hall elements, so that the magnetic field is obtained by adding the voltages output from these Hall elements. It is possible to detect the size of components and temporal changes.
On the other hand, when a disturbance magnetic field is applied in the third direction, magnetic fluxes along the first direction but opposite to each other act on the first pair of two Hall elements. The addition of the output voltage cancels the effect of the disturbance magnetic field.
しかし、特許文献1に記された回転角度検出装置では、上記第3方向以外の任意の方向から作用する外乱磁場の影響をキャンセルし難いという問題があった。尚、外乱磁場の影響を少なくするために、磁気検出素子を包囲するシールドを設ける解決手段が知られているが、この解決手段では、一般に装置が大型化するという二次的な問題が生じ易い。
However, the rotation angle detection device described in
そこで、本発明の目的は、外乱磁場による影響を減らすために任意の方向から作用する外乱磁場の影響を減らすことが可能な小型の回転角度検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、簡単な構成でありながら、より検出精度の高い回転角度検出装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a small rotation angle detection device capable of reducing the influence of a disturbance magnetic field acting from an arbitrary direction in order to reduce the influence of the disturbance magnetic field.
Another object of the present invention is to provide a rotation angle detecting device having a simple configuration and higher detection accuracy.
上記の課題を解決するために本発明の第1の特徴構成は、
N極領域とS極領域とが回転軸心の回りに交互に設けられた被検出回転体と、
前記N極領域および前記S極領域が形成する回転面と対向する位置に固定された板状の磁性体と、
前記被検出回転体と前記磁性体との間に配置された磁気検出素子と、を備えている点にある。
In order to solve the above problems, the first characteristic configuration of the present invention is:
A detected rotating body in which the N pole region and the S pole region are alternately provided around the rotation axis;
A plate-like magnetic body fixed at a position facing the rotation surface formed by the N-pole region and the S-pole region;
And a magnetic detection element disposed between the detected rotating body and the magnetic body.
本発明の第1の特徴構成による回転角度検出装置では、N極領域またはS極領域によって発生する第1方向にほぼ沿った最大の磁束が、磁性体に引き寄せられるように集中化されるので、磁性体の位置する領域を中心とした磁束密度の局部的な増大が生じる。そして、磁気検出素子は高密度化された磁束部位の中心付近に配置されているため、角度検出精度が高められる、或いは、N極領域およびS極領域の構成部材としてより磁力の低い磁石を用いても被検出回転体の角度検出が可能となる。 In the rotation angle detection device according to the first characteristic configuration of the present invention, the maximum magnetic flux substantially along the first direction generated by the N-pole region or the S-pole region is concentrated so as to be attracted to the magnetic body. A local increase in magnetic flux density occurs around the region where the magnetic material is located. And since the magnetic detection element is arranged near the center of the magnetic flux part having a high density, the angle detection accuracy can be improved, or a magnet having a lower magnetic force is used as a constituent member of the N-pole region and the S-pole region. However, the angle of the detected rotating body can be detected.
また、本発明の第1の特徴構成による回転角度検出装置では、第1方向に沿った磁束を除く任意の方向の外乱磁場が存在する場合、これらの外乱磁場による磁束が板状の磁性体に引き寄せられる形で整流化される傾向が生じる。その結果、外乱磁場による磁束が磁気検出素子から引き離されるので、磁気検出素子による検出結果に外乱磁場の影響が及び難くなる。 In addition, in the rotation angle detection device according to the first characteristic configuration of the present invention, when there is a disturbance magnetic field in any direction except the magnetic flux along the first direction, the magnetic flux generated by these disturbance magnetic fields is applied to the plate-like magnetic body. There is a tendency to be rectified in an attracted manner. As a result, the magnetic flux generated by the disturbance magnetic field is separated from the magnetic detection element, so that the influence of the disturbance magnetic field does not easily affect the detection result of the magnetic detection element.
本発明の他の特徴構成は、前記N極領域と前記S極領域とが前記被検出回転体の径方向外側を向くように配置されている点にある。 Another characteristic configuration of the present invention is that the N-pole region and the S-pole region are arranged so as to face the radially outer side of the detected rotating body.
本構成であれば、N極領域とS極領域とが被検出回転体の径方向外側を向くように配置された、小型化と低コスト化の最も容易で一般的な構成の回転角度検出装置が得られる。因みに、本発明の第1の特徴構成は、本構成とは対照的な、前記N極領域と前記S極領域とが、前記被検出回転体の軸心と平行に向くように配置され、磁気検出素子と磁性体とが被検出回転体の軸心と平行に並置された構成でも実施可能である。 With this configuration, the rotation angle detection device having the simplest and most general configuration that can be downsized and reduced in cost, in which the N-pole region and the S-pole region are arranged so as to face the radially outer side of the detected rotating body. Is obtained. Incidentally, in contrast to the present configuration, the first characteristic configuration of the present invention is arranged such that the N-pole region and the S-pole region are oriented parallel to the axis of the detected rotating body, and magnetic The present invention can also be implemented in a configuration in which the detection element and the magnetic body are juxtaposed in parallel with the axis of the detected rotating body.
本発明の他の特徴構成は、前記磁性体は前記被検出回転体の外周面に沿って延びる湾曲形状を呈している点にある。 Another characteristic configuration of the present invention is that the magnetic body has a curved shape extending along an outer peripheral surface of the detected rotating body.
本構成であれば、N極領域及びS極領域が形成する磁束を集中化させる作用、及び、外乱磁場による磁束を整流化する作用が更に顕著になる。 With this configuration, the effect of concentrating the magnetic flux formed by the N-pole region and the S-pole region and the effect of rectifying the magnetic flux due to the disturbance magnetic field become more prominent.
以下に本発明による最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1及び図2に示す回転角度検出装置は、樹脂製のケース部材1を備え、ケース部材1の上下面に形成された一対のボス部1a,1bには、検出対象である回転シャフト3が支持されている。
ケース部材1の内部には、回転シャフト3の一部に固着された被検出回転体4が収納されている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 and 2 includes a
Inside the
被検出回転体4は周方向に沿って並置された多数の永久磁石によって構成されており、互いに周方向の長さの等しいN極領域とS極領域とが、回転シャフト3の回転軸心Rの回りに交互に隣接された形態となっている。
ケース部材1の内部には、他に、前述したN極領域およびS極領域が形成する回転面と対向する位置に固定された板状の磁性体6が収納されており、磁気検出素子を構成するホールIC8が、被検出回転体4の外周面と磁性体6との間に配置されている。
The detected rotating
In addition, a plate-like
回転軸心Rに沿った方向視における磁性体6の長さ、すなわちホールIC8と対向する被検出回転体4の外周面に引いた接線と平行(図1のY軸とも平行)に延びた寸法、磁性体6の幅、すなわち回転軸心Rと平行(図1のZ軸とも平行)に延びた寸法、磁性体6の厚さ、及び、被検出回転体4の外周面からホールIC8までの距離と、磁性体6からホールIC8までの距離との比などは、N極領域から径方向外向きに発して隣接するS極領域に戻る多数の磁束のうちの少なくとも一部が、磁性体6の作用によって周方向に沿ってホールIC8寄りに変位するように設定すれば良い。
磁性体6は平坦な板状を呈し、その平面状の主面が被検出回転体4の外周面と対向するように配置されている。
The length of the
The
ホールIC8は、電源配線及び信号配線(不図示)を介して、ケース部材1のコネクタ部2と接続されており、このコネクタ2を介して通電されるとともに、ホールIC8を通過する磁束密度とその磁束方向に応じた電位の信号が出力される。従って、回転シャフト3が回転すると、被検出回転体4のN極領域またはS極領域とホールIC8との相対位置が変化し、ホールIC8を通過する磁束密度が変化することにより、ホールIC8の出力が変化する。この出力変化に基づいて回転シャフト3の回転角(及び回転方向)を検出することが可能になる。
The Hall IC 8 is connected to the
図3は、本発明による回転角度検出装置における、被検出回転体4を構成するN極とS極によって形成される磁束分布を推定に基づいて表した説明図であり、図5は、板状の磁性体6が設けられていない構成における磁束分布を推定に基づいて表した説明図である。
図3には、N極からS極に向かって延びる磁束が磁性体6に引き寄せられる結果、磁性体6を備えない図4の構成に比して、ホールIC8の付近を通過する最大の第1方向(回転軸心Rと垂直なX軸)に配向する磁束が高密度化される様子が示されている。この結果、ホールIC8による角度検出精度が高められる。
FIG. 3 is an explanatory view showing the magnetic flux distribution formed by the N pole and the S pole constituting the detected rotating
In FIG. 3, as a result of the magnetic flux extending from the N pole toward the S pole being attracted to the
また、回転角度検出装置の近辺に第1方向に沿った磁束を除く任意の方向の外乱磁場が存在する場合、これらの外乱磁場による磁束が板状の磁性体6に引き寄せられる形で整流化される傾向が生じる。その結果、外乱磁場による磁束がホールIC8から引き離されるので、ホールIC8による角度検出結果に外乱磁場の影響が及び難くなる。
Further, when there is a disturbance magnetic field in an arbitrary direction except for the magnetic flux along the first direction in the vicinity of the rotation angle detection device, the magnetic flux generated by these disturbance magnetic fields is rectified in a form that is attracted to the plate-like
〔別実施形態〕
図4に例示するように、被検出回転体4の外周面に沿って延びる湾曲形状を呈する磁性体16を用いることが可能である。この構成では、対応可能な外乱磁場による磁束の方向をより拡張することが可能となる。
[Another embodiment]
As illustrated in FIG. 4, it is possible to use a magnetic body 16 having a curved shape extending along the outer peripheral surface of the detected
1 ケース部材
3 回転シャフト
4 被検出回転体
6,16 磁性体
8 ホールIC
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記N極領域および前記S極領域が形成する回転面と対向する位置に固定された板状の磁性体と、
前記被検出回転体と前記磁性体との間に配置された磁気検出素子と、を備えている回転角度検出装置。 A detected rotating body in which the N pole region and the S pole region are alternately provided around the rotation axis;
A plate-like magnetic body fixed at a position facing the rotation surface formed by the N-pole region and the S-pole region;
A rotation angle detection device comprising: a magnetic detection element disposed between the detected rotating body and the magnetic body.
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