JP2010122172A - Detection apparatus for rotation angle, and detection method of rotation angle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オフセットのずれに対する検出誤差の増加が小さい回転角度検出装置及び回転角度検出方法に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device and a rotation angle detection method in which an increase in detection error with respect to offset deviation is small.
車載される電動パワステアリングには、ステアリングシャフトのような回転体が用いられる。このような回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置には、回転体の回転に伴って磁石が回転するものがある。磁石の回転に伴う磁界の変化が磁気センサで検出され、その磁界の変化から磁石の回転角度が検出され、磁石の回転角度から回転体の回転角度が検出される。 A rotating body such as a steering shaft is used for electric power steering mounted on a vehicle. Some rotation angle detection devices that detect the rotation angle of such a rotating body rotate the magnet as the rotating body rotates. The change in the magnetic field accompanying the rotation of the magnet is detected by the magnetic sensor, the rotation angle of the magnet is detected from the change in the magnetic field, and the rotation angle of the rotating body is detected from the rotation angle of the magnet.
図10に、従来の回転角度検出装置101を示す。回転体(図示せず)に取り付けられたメイン歯車102と、そのメイン歯車102に噛み合うセンサ歯車103とが設置されている。センサ歯車103には磁石104が搭載され、その磁石104に臨ませて磁気センサ105が配置されている。演算部106において磁界から回転角度を求める演算が行われる。なお、図10では、磁気センサ105が磁石104の横に配置されているが、磁気センサ105の配置は磁石104の横でなくともよく、磁石104の上など磁石104による磁界の変化が検出できる位置に磁気センサ105を配置することができる。
FIG. 10 shows a conventional rotation angle detection device 101. A
磁気センサ105は、MR(Magnet-Resistsnce)素子、GMR(Giant Magnet-Resistsnce)素子、ホール素子などで実現される。
The
図10の回転角度検出装置において、磁気センサ105は、センサ歯車103の回転に伴って回転する磁石104による磁界を検出するようになっており、その磁界の変化が磁石104の回転角度に対応している。磁石104の回転角度はセンサ歯車103の回転角度と同じであるから、磁石104の回転角度からメイン歯車102の回転角度が検出でき、メイン歯車102の回転角度はメイン歯車102が取り付けられている回転体の回転角度と同じであるから、結局、回転体の回転角度が検出できることになる。
In the rotation angle detection device of FIG. 10, the
従来の回転角度検出装置101は、組み立ての過程における取り付けずれ、あるいは稼働中に生じる回転体の軸ずれに伴って、メイン歯車、センサ歯車、磁石、磁気センサに位置ずれが生じる。その位置ずれによって、磁気センサで検出される磁石の回転角度や磁石の回転角度から検出される回転体の回転角度に誤差(以下、検出誤差)が生じる。 In the conventional rotation angle detection device 101, a positional shift occurs in the main gear, the sensor gear, the magnet, and the magnetic sensor due to the mounting shift in the assembly process or the axial shift of the rotating body that occurs during operation. Due to the positional deviation, an error (hereinafter referred to as detection error) occurs in the rotation angle of the rotating body detected from the rotation angle of the magnet detected by the magnetic sensor or the rotation angle of the magnet.
図11に磁石104と磁気センサ105の磁界検出領域Eとの位置関係を示す。なお、磁界検出領域Eとは、磁気センサ105の内部に形成されている直方体形状の領域のことである。磁気センサ105は、この磁界検出領域Eのみで磁界を検出するので、磁界検出領域E内にある磁界のみが検出される。図11では、磁気センサ105の内部にある磁界検出領域Eを明示するために、磁気センサ105は図示していない。
FIG. 11 shows the positional relationship between the
図11(a)〜図11(c)に示されるように、磁石104は回転面であるxy平面に平行に配置され、磁石104の中心(x軸方向の中心かつy軸方向の中心)が回転軸であるz軸(xy平面の0点)に位置している。磁石104はxy平面と平行な面上で回転するが、x軸、y軸は磁石104と共に回転するものとする。磁石104の一側面がx軸と平行であり、もう一側面がy軸と平行であり、N極とS極がそれぞれx軸上にあり、N極とS極はy軸を挟んで互いに反対の位置にある。磁石104は、磁石104の中心(=z軸)の周りを上面視で反時計方向に回転するものとする。
As shown in FIGS. 11A to 11C, the
磁界検出領域Eは、磁石104の上面からz軸方向に距離d離れたところに位置し、磁界検出領域Eの下面が磁石104の上面と平行になり、磁界検出領域Eの長軸がx軸と平行になり、磁界検出領域Eの一側面がz軸の近傍からz軸に臨むよう配置されている。
The magnetic field detection region E is located at a distance d from the upper surface of the
詳しく見ると、図11(d)に示されるように、磁界検出領域Eは、z軸と交わっておらず、z軸から少し離れている。磁界検出領域Eの中心(幅方向の中心かつ奥行き方向の中心)Cとz軸との距離ΔをオフセットΔと呼ぶ。前述した組み立てや稼働時の位置ずれによって、オフセットΔが変動する。設計したオフセットΔからのずれ(以下、オフセットのずれという)が製品の要求仕様から決まる公差の範囲内に収まるように、回転角度検出装置101が設計される。 When it sees in detail, as FIG.11 (d) shows, the magnetic field detection area E does not cross | intersect az axis, but is separated a little from the z axis. A distance Δ between the center (the center in the width direction and the center in the depth direction) C of the magnetic field detection region E and the z axis is referred to as an offset Δ. The offset Δ fluctuates due to the above-described positional deviation during assembly or operation. The rotation angle detection device 101 is designed so that a deviation from the designed offset Δ (hereinafter referred to as an offset deviation) falls within a tolerance range determined from a required specification of the product.
図12に、従来の回転角度検出装置101におけるオフセットΔのずれと検出誤差の関係を示す。ここでは、オフセットとして磁石104の回転軸と磁気センサ105の磁界検出領域Eの中心Cとの距離Δを用いている。回転角度としては、磁石104の回転角度を用いている。
FIG. 12 shows the relationship between the deviation of the offset Δ and the detection error in the conventional rotation angle detection apparatus 101. Here, a distance Δ between the rotation axis of the
図示のように、従来の回転角度検出装置101は、オフセットΔのずれが大きくなると、検出誤差が大きくなる。 As shown in the figure, in the conventional rotation angle detection device 101, the detection error increases as the offset Δ increases.
図11のように磁石104の上部に磁気センサを配置した構成に限らず、図10のように磁石104の横に磁気センサ105を配置した構成においても、組み立て時の位置ズレや組立後の振動等により磁石104と磁気センサ105との距離(オフセットΔ)にばらつきが生じることがある。
11 is not limited to the configuration in which the magnetic sensor is disposed on the upper portion of the
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オフセットのずれに対する検出誤差の増加が小さい回転角度検出装置及び回転角度検出方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a rotation angle detection device and a rotation angle detection method in which an increase in detection error with respect to offset deviation is small.
上記目的を達成するために本発明の回転角度検出装置は、回転する磁石に臨ませて磁気センサが配置され、該磁気センサが検出する磁界の変化から上記磁石の回転角度が検出される回転角度検出装置において、上記磁気センサが一方向の磁界のみを検出する第1磁界検出領域と上記一方向に対して垂直な一方向の磁界のみを検出する第2磁界検出領域とを備え、第1磁界検出領域が第2磁界検出領域よりも上記磁石の回転軸に近く、第1磁界検出領域の検出磁界の方向が第1磁界検出領域から上記磁石の回転軸に下ろした垂線の方向であり、第2磁界検出領域の検出磁界の方向が上記垂線に対して垂直に交わり、かつ上記磁石の回転面に平行な直線の方向であるように上記磁気センサが配置されているものである。 In order to achieve the above object, a rotation angle detection device of the present invention is a rotation angle at which a magnetic sensor is arranged facing a rotating magnet and the rotation angle of the magnet is detected from a change in the magnetic field detected by the magnetic sensor. In the detection device, the magnetic sensor includes a first magnetic field detection region for detecting only a magnetic field in one direction and a second magnetic field detection region for detecting only a magnetic field in one direction perpendicular to the one direction, and the first magnetic field. The detection area is closer to the rotation axis of the magnet than the second magnetic field detection area, and the direction of the detection magnetic field of the first magnetic field detection area is the direction of a perpendicular line extending from the first magnetic field detection area to the rotation axis of the magnet, The magnetic sensor is arranged so that the direction of the detected magnetic field in the two magnetic field detection region is perpendicular to the perpendicular and is a direction of a straight line parallel to the rotation surface of the magnet.
第1磁界検出領域が検出する磁界の強さと第2磁界検出領域が検出する磁界の強さとの比から上記磁石の回転角度が検出されてもよい。 The rotation angle of the magnet may be detected from the ratio between the strength of the magnetic field detected by the first magnetic field detection region and the strength of the magnetic field detected by the second magnetic field detection region.
上記磁石の回転軸が該磁石のN極とS極の中点を通り、上記磁気センサが上記磁石に対して上記磁石の回転軸方向に位置してもよい。 The rotation axis of the magnet may pass through the midpoint of the N and S poles of the magnet, and the magnetic sensor may be positioned in the direction of the rotation axis of the magnet with respect to the magnet.
また、本発明の回転角度検出方法は、互いに直交する二方向の磁界を検出する磁気センサを、上記二方向のうち一方向の磁界検出方向が回転する磁石の回転軸に交わるよう配置し、検出された二方向の磁界の比から上記磁石の回転角度を検出するものである。 In the rotation angle detection method of the present invention, a magnetic sensor that detects magnetic fields in two directions orthogonal to each other is arranged so that one of the two directions intersects the rotation axis of the rotating magnet. The rotation angle of the magnet is detected from the ratio of the magnetic fields in the two directions.
上記磁気センサが検出する上記磁石の回転軸に交わる方向の磁界をH1とし、該磁界H1に直交する方向の磁界をH2としたとき、上記磁石の回転角度θをarctan(H2/H1)により求めてもよい。 When the magnetic field in the direction crossing the rotation axis of the magnet detected by the magnetic sensor is H 1 and the magnetic field in the direction orthogonal to the magnetic field H 1 is H 2 , the rotation angle θ of the magnet is arctan (H 2 / H 1) may be obtained by.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)オフセットのずれに対する検出誤差の増加が小さい。 (1) The increase in detection error with respect to offset deviation is small.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係る回転角度検出装置1は、回転する磁石2に臨ませて磁気センサ3が配置され、該磁気センサ3が検出する磁界の変化から上記磁石2の回転角度が検出される回転角度検出装置1において、磁気センサ3が一方向の磁界のみを検出する第1磁界検出領域Aと上記一方向に対して垂直な一方向の磁界のみを検出する第2磁界検出領域Bとを備え、第1磁界検出領域Aが第2磁界検出領域Bよりも磁石2の回転軸(z軸とする)に近く、第1磁界検出領域Aの検出磁界の方向が第1磁界検出領域Aから磁石2の回転軸に下ろした垂線tの方向であり、第2磁界検出領域Bの検出磁界の方向が垂線tに対して垂直に交わり、かつ磁石2の回転面(z軸に垂直な面)であるxy平面に平行な直線uの方向であるように磁気センサ3が配置されているものである。磁気センサ3は、図示しない電子回路基板に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, a rotation
図2(a)に示されるように、磁石2はセンサ歯車4の上面(xy平面)に取り付けられている。磁気センサ3は、図示しない基板に取り付けられた状態で、磁石2の上方(z軸方向)に配置されている。
As shown in FIG. 2A, the
xy平面と平行なtu面で磁気センサ3を切った断面を図2(b)に示す。磁気センサ3は、その内部に第1磁界検出部材31と第2磁界検出部材32とを備えている。第1磁界検出部材31及び第2磁界検出部材32は、図示しない電源に接続された通電用の導体配線からなる。導体配線は磁性体(純鉄、パーマロイ等)からなり、基板上に薄膜技術により作製されることが好ましい。導体配線は、図2(b)に示されるように、矩形状の面内に該面の幅より十分幅が細い帯状のパターンを繰り返し折り返して詰めた形状に形成される。第1磁界検出部材31は、u方向に電流が流れるように構成されている。一方、第2磁界検出部材32は、t方向に電流が流れるように構成されている。
FIG. 2B shows a cross section obtained by cutting the
磁気センサ3は、上記のような内部構造により、第1磁界検出部材31によって第1磁界検出領域Aが形成され、第2磁界検出部材32によって第2磁界検出領域Bが形成されたものである。
In the
磁気センサ3において、外部磁界Hが存在しないとき、第1磁界検出部材31及び第2磁界検出部材32の内部に生じている各磁化ベクトルの方向は、各電流の向きと一致する。
In the
図2(c)に示されるように、外部磁界Hが電流方向に対して垂直に印加されると、第1磁界検出部材31及び第2磁界検出部材32の内部に生じている各磁化ベクトルの方向は、それぞれ角度αだけ回転する。この結果、第1磁界検出部材31及び第2磁界検出部材32の電気抵抗Rは、次式(2)で表される磁化ベクトル回転角αの関数として変化する(磁気抵抗効果)。 As shown in FIG. 2C, when the external magnetic field H is applied perpendicularly to the current direction, each magnetization vector generated inside the first magnetic field detection member 31 and the second magnetic field detection member 32 is shown. Each direction rotates by an angle α. As a result, the electric resistance R of the first magnetic field detection member 31 and the second magnetic field detection member 32 changes as a function of the magnetization vector rotation angle α expressed by the following equation (2) (magnetoresistance effect).
R=R0+ΔR0cos2α (2)
R0,ΔR0は磁性体の定数
印加電圧を一定にし、第1磁界検出部材31及び第2磁界検出部材32に流れるそれぞれの電流を常に測定し、その電流値から電気抵抗Rの変化を検知することにより、磁化ベクトル回転角αが求まる。これより、電流方向に対して垂直な方向の外部磁界Hの大きさを検知することができる。すなわち、第1磁界検出部材31ではt方向の磁界を検出し、第2磁界検出部材32ではu方向の磁界を検出することができる。
R = R 0 + ΔR 0 cos 2α (2)
R 0 and ΔR 0 are constant constant voltages of the magnetic material, the currents flowing through the first magnetic field detection member 31 and the second magnetic field detection member 32 are always measured, and changes in the electric resistance R are detected from the current values. By doing so, the magnetization vector rotation angle α is obtained. Thus, the magnitude of the external magnetic field H in the direction perpendicular to the current direction can be detected. That is, the first magnetic field detection member 31 can detect a magnetic field in the t direction, and the second magnetic field detection member 32 can detect a magnetic field in the u direction.
図3に示されるように、第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bは、それぞれ直方体状に形成され、互いに一側面を接することにより、第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bとを合わせた全体が一体の直方体状をなしている。その全体の直方体の中心(幅の中心かつ奥行きの中心かつ高さの中心)Cは、第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bとが合わさっている境界面上にあり、上記全体の直方体の8つの頂点についての4本の対角線の交点に位置する。第1磁界検出領域Aの体積と第2磁界検出領域Bの体積は等しい。 As shown in FIG. 3, the first magnetic field detection region A and the second magnetic field detection region B are each formed in a rectangular parallelepiped shape, and come into contact with each other to form the first magnetic field detection region A and the second magnetic field detection region. The whole combined with B forms an integral rectangular parallelepiped shape. The center of the entire rectangular parallelepiped (the center of the width, the center of the depth, and the center of the height) C is on the boundary surface where the first magnetic field detection area A and the second magnetic field detection area B are combined. It is located at the intersection of four diagonal lines for the eight vertices of the rectangular parallelepiped. The volume of the first magnetic field detection area A and the volume of the second magnetic field detection area B are equal.
磁気センサ3は、第1磁界検出領域Aにおいては、第1磁界検出領域Aを通過する磁界のうちある一方向の成分のみを検出し、その値は第1磁界検出領域A内での各点における磁界を第1磁界検出領域A全体で積分した積分値となる。具体的には、第1磁界検出領域Aにおいては、幅方向の磁界のみを検出する。
In the first magnetic field detection area A, the
磁気センサ3は、第2磁界検出領域Bにおいては、第2磁界検出領域Bを通過する磁界のうちある一方向の成分のみを検出し、その値は第2磁界検出領域B内での各点における磁界を第2磁界検出領域B全体で積分した積分値となる。具体的には、第2磁界検出領域Bにおいては、奥行き方向の磁界のみを検出する。これは第1磁界検出領域Aで検出される一方向の磁界に対して垂直な一方向の磁界である。
In the second magnetic field detection region B, the
第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bとを合わせた全体は、幅M1、奥行きM2、高さM3の直方体である。第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bは、この直方体の幅M1を2分する。第1磁界検出領域Aは幅方向の磁界H1のみを検出するようになっている。第2磁界検出領域Bは、幅方向に対して垂直な奥行き方向の磁界H2のみを検出するようになっている。 The total of the first magnetic field detection region A and the second magnetic field detection region B is a rectangular parallelepiped having a width M 1 , a depth M 2 , and a height M 3 . The first magnetic field detection region A and the second magnetic field detection region B divide the rectangular parallelepiped width M 1 into two. The first magnetic field detection area A so as to detect only the magnetic field H 1 in the width direction. The second magnetic field detection region B detects only the magnetic field H 2 in the depth direction perpendicular to the width direction.
図4(a)〜図4(c)に示されるように、磁石2は回転面であるxy平面に平行に配置され、磁石2の中心(x軸方向の中心かつy軸方向の中心)が回転軸であるz軸(xy平面の0点)に位置している。磁石2はxy平面と平行な面上で回転するが、x軸y軸は磁石2と共に回転するものとする。磁石2の一側面がx軸と平行であり、もう一側面がy軸と平行であり、N極とS極がそれぞれx軸上にあり、N極とS極はy軸を挟んで互いに反対の位置、かつ、z軸を挟んで互いに反対の位置にある。磁石2は、磁石2の中心(=z軸)の周りを上面視で反時計方向に回転するものとする。
As shown in FIGS. 4A to 4C, the
磁石2は、x軸方向にL1、y軸方向にL2、z軸方向にL3の長さを持つ直方体である。磁石2は、磁石保磁力H0(kA/m)を持つ。
The
磁石2はセンサ歯車に取り付けられ、回転体の回転に伴ってメイン歯車が回転し、そのメイン歯車の回転に伴ってセンサ歯車が回転し、その回転に伴って磁石2が回転するようになっている(図8、図10参照)。
The
第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bは、磁石2の上面からz軸方向に距離d離れたところに位置する。第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bの下面が磁石2の上面と平行である。図4の状態では、第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bの幅方向がx軸と平行になり、第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bの全体の直方体の中心Cがx軸上に位置している。第1磁界検出領域Aの一側面(第2磁界検出領域Bに接しない面)がz軸の近傍からz軸に臨んでいる。第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bの全体の直方体の中心Cとz軸との距離(図5参照)をオフセットΔとする。
The first magnetic field detection region A and the second magnetic field detection region B are located at a distance d from the upper surface of the
以下、本発明の回転角度検出装置1による回転角度検出の動作を図4〜図6を用いて説明する。
Hereinafter, the operation of detecting the rotation angle by the rotation
図4(b)に示されるように、磁石2はz軸の周りを上面視で反時計方向に回転する。磁石2が回転しても、第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bの全体の直方体の中心Cとz軸との距離であるオフセットΔは一定に維持される。
As shown in FIG. 4B, the
磁石2と共に回転する系(xyz系)から見ると、図5(a)に示されるように、第1磁界検出領域Aと第2磁界検出領域Bが上面視で時計方向に回転する。第1磁界検出領域Aは回転の内側に位置し、第2磁界検出領域Bは回転の外側に位置する。このとき、磁気センサ3では、図5(b)に示されるように、第1磁界検出領域Aにおいて磁界H1が検出され、第2磁界検出領域Bにおいて磁界H2が検出される。
When viewed from a system rotating with the magnet 2 (xyz system), as shown in FIG. 5A, the first magnetic field detection area A and the second magnetic field detection area B rotate clockwise in top view. The first magnetic field detection area A is located inside the rotation, and the second magnetic field detection area B is located outside the rotation. In this case, the
本発明にあっては、磁界H1と磁界H2との比から磁石2の回転角度を検出する。磁石2の回転角度からセンサ歯車の回転角度が検出でき、センサ歯車の回転角度からメイン歯車の回転角度が検出でき、メイン歯車の回転角度から回転体の回転角度が検出できる。
In the present invention, the rotation angle of the
第1磁界検出領域Aから磁石2の回転軸(z軸)に下ろした垂線tの方向と磁石2のN極からS極に向かう方向とのなす角は、arctan(H2/H1)である。実際の第1磁界検出領域Aから磁石2の回転軸(z軸)に下ろした垂線tの方向と磁石2のN極からS極に向かう方向とのなす角をθとする。
The angle formed by the direction of the perpendicular t drawn from the first magnetic field detection area A to the rotation axis (z-axis) of the
検出誤差εは、
ε=arctan(H2/H1)−θ (1)
と表される。その理由を以下に説明する。
The detection error ε is
ε = arctan (H 2 / H 1 ) −θ (1)
It is expressed. The reason will be described below.
磁気センサ3の第1磁界検出領域A内部、第2磁界検出領域B内部に存在する磁界ベクトルは、場所によらず平行ではない。図6(b)に示されるように、第1磁界検出領域Aから磁石2の回転軸に下ろした垂線t上にある点PAにおける磁界ベクトルと原点0から点PAよりも遠い垂線t上にある点PBにおける磁界ベクトルとを比べて見ると、回転の内側である点PAに働く磁界ベクトルと回転の外側である点PBに働く磁界ベクトルとは、同じでない。回転軸(z軸;原点0)から遠ざかるにつれて、第1磁界検出領域A及び第2磁界検出領域Bの幅方向(垂線tの方向)の磁界H1の絶対値が小さくなるのに対し、奥行き方向(垂線u方向)の磁界H2は、回転軸に近い位置と遠い位置でほとんど同じである。
The magnetic field vectors existing in the first magnetic field detection area A and the second magnetic field detection area B of the
これより、第1磁界検出領域Aが検出する磁界H1の強さと第2磁界検出領域Bが検出する磁界H2の強さとの比から磁石2の回転角度が検出される。
From this, the rotation angle from the ratio of the
図6(a)に示されるように、垂線tに沿った位置を横軸に取り、回転軸の位置を原点0とする。各磁界H1,H2を磁石2の磁石保磁力H0で規格化した磁界を縦軸に取り、グラフで示す。図6(a)の上のグラフは磁界H1のものであり、回転軸に近い位置ほど磁界H1の絶対値が大きいことが分かる。図6(a)の下のグラフは磁界H2のものであり、回転軸からの距離に関係なく磁界H2の絶対値はほぼ一定であることが分かる。
As shown in FIG. 6A, the position along the vertical line t is taken as the horizontal axis, and the position of the rotation axis is set as the
従って、垂線tの方向の磁界H1を検出する第1磁界検出領域Aが回転軸に近い側に位置し、垂線u方向の磁界H2を検出する第2磁界検出領域Bが遠い側に位置するよう磁気センサ3を配置することにより、式(1)のarctan(H2/H1)の値が小さくなるので、検出誤差εを低減させることができる。
Accordingly, the first magnetic field detection region A for detecting the magnetic field H 1 in the direction of the perpendicular t is located on the side close to the rotation axis, and the second magnetic field detection region B for detecting the magnetic field H 2 in the direction of the perpendicular u is located on the far side. By arranging the
図7に示されるように、第1磁界検出領域A及び第2磁界検出領域Bが原点0の周りの各位置にある場合を比較して検討すると、右下の位置では、磁界H1の符号が−、磁界H2の符号が−となるので、垂線tとx軸のなす角度θは+となる。右上の位置では、磁界H1の符号が−、磁界H2の符号が+となるので、垂線tとx軸のなす角度θは−となる。なお、磁界H2の符号は反時計回りを+と定義し、磁界H1の符号は原点0から遠ざかる方向を+と定義する。
As shown in FIG. 7, when comparing the case where the first magnetic field detection region A and the second magnetic field detection region B are at respective positions around the
一方、左上の位置では、磁界H1の符号が−、磁界H2の符号が−となるので、垂線tとx軸のなす角度θは+となる。このとき検出される角度θは右下の位置で検出された角度θと同じになる。したがって、本発明の回転角度検出装置1は、少なくとも−90°〜+90°の範囲で磁石2の回転角度θを検出することが可能であることが分かる。
On the other hand, since the sign of the magnetic field H 1 is − and the sign of the magnetic field H 2 is − at the upper left position, the angle θ between the perpendicular t and the x axis is +. The angle θ detected at this time is the same as the angle θ detected at the lower right position. Therefore, it can be seen that the rotation
ここで、回転体の回転角度の検出方法を説明すると、図8に示した回転角度検出装置81においては、メイン歯車82は、歯数の異なる2つの歯車82a,82bを重ねて回転体83と一体化したものである。第1メイン歯車82aと第2メイン歯車82bのそれぞれにセンサ歯車84,84が噛み合う。各々のセンサ歯車84,84の上面に磁石85,85が取り付けられ、各々の磁石85,85の上部、横、斜め上方などに磁気センサ(図示せず)が配置される。すなわち、図1で説明した本発明の回転角度検出装置1が2組使用されている。回転体83の回転に対し2つのセンサ歯車84,84の回転角が互いに異なるため、各々のセンサ歯車84,84の上面に取り付けられた磁石85,85と各々の磁気センサとの相対回転により検出されるarctan(H2/H1)の値(−90°〜90°の範囲内の値)は異なる。
Here, the detection method of the rotation angle of the rotating body will be described. In the rotation angle detecting device 81 shown in FIG. 8, the main gear 82 is overlapped with the rotating body 83 by overlapping two gears 82a and 82b having different numbers of teeth. It is an integrated one. Sensor gears 84 and 84 mesh with the first main gear 82a and the second main gear 82b, respectively. Magnets 85, 85 are attached to the upper surfaces of the sensor gears 84, 84, and magnetic sensors (not shown) are arranged on the upper, lateral, and diagonally upper sides of the respective magnets 85, 85. That is, two sets of the rotation
メイン歯車82の2つの歯車82a,82bの歯数をZa,Zbとし、センサ歯車84の歯数をZcとし、2つのセンサ歯車84,84のarctan(H2/H1)の値の差をΔΦとすると、回転体83の回転角度Φは次式(3)により、 The number of teeth of the two gears 82a and 82b of the main gear 82 is Za and Zb, the number of teeth of the sensor gear 84 is Zc, and the difference between the values of arctan (H 2 / H 1 ) of the two sensor gears 84 and 84 is calculated. When ΔΦ, the rotation angle Φ of the rotating body 83 is expressed by the following equation (3):
と表される。 It is expressed.
図8に示した回転角度検出装置81では、歯数Za,Zb,Zcを適宜選択することにより、−90°〜+90°よりも広い範囲の回転角度(例えば、−780°〜+780°など)を検出することが可能である。 In the rotation angle detection device 81 shown in FIG. 8, by appropriately selecting the number of teeth Za, Zb, Zc, a rotation angle in a wider range than −90 ° to + 90 ° (for example, −780 ° to + 780 °, etc.) Can be detected.
図9に示されるように、従来技術では、単一の磁界検出領域E全体で合成された磁界を検出するため、オフセットΔのずれが大きくなると検出誤差εが顕著に大きくなる。これに対し、本発明では、回転軸に近い第1磁界検出領域Aにおいて回転軸に対する垂線tの方向の磁界H1を検出し、回転軸から遠い第2磁界検出領域Bにおいて垂線tに対する垂線uの磁界H2を検出するようにしたので、オフセットΔのずれが大きくなっても検出誤差εの増大が抑制される。よって、検出誤差εを低減させることができる。 As shown in FIG. 9, in the conventional technique, the magnetic field synthesized in the entire single magnetic field detection region E is detected. Therefore, when the deviation of the offset Δ increases, the detection error ε increases remarkably. On the other hand, in the present invention, the magnetic field H 1 in the direction of the normal t with respect to the rotation axis is detected in the first magnetic field detection region A close to the rotation axis, and the perpendicular u to the normal t in the second magnetic field detection region B far from the rotation axis. Since the magnetic field H 2 is detected, an increase in the detection error ε is suppressed even when the offset Δ becomes large. Therefore, the detection error ε can be reduced.
本発明においては、図10の回転角度検出装置101のようにセンサ歯車、磁石、磁気センサを2組用いても良い。 In the present invention, two sets of sensor gears, magnets, and magnetic sensors may be used as in the rotation angle detection device 101 of FIG.
この場合、回転角度検出装置101は、回転体に取り付けられたメイン歯車102と、該メイン歯車102に噛み合うギア比の異なる2つのセンサ歯車103とを備え、上記2つのセンサ歯車103にそれぞれ磁石104が搭載され、各磁石104に臨ませてそれぞれ磁気センサ105が配置され、各磁気センサ105が検出する磁界の変化から各磁石104の回転角度が検出され、各磁石104の回転角度と上記2つのセンサ歯車103のメイン歯車102に対するギア比とから回転体の回転角度が検出される。
In this case, the rotation angle detection device 101 includes a
1 回転角度検出装置
2 磁石
3 磁気センサ
4 センサ歯車
31 第1磁界検出部材
32 第2磁界検出部材
A 第1磁界検出領域
B 第2磁界検出領域
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記磁気センサの内部に、一方向の磁界のみを検出する第1磁界検出領域と上記一方向に対して垂直な一方向の磁界のみを検出する第2磁界検出領域とが形成され、
第1磁界検出領域が第2磁界検出領域よりも上記磁石の回転軸に近く、第1磁界検出領域の検出磁界の方向が第1磁界検出領域から上記磁石の回転軸に下ろした垂線の方向であり、第2磁界検出領域の検出磁界の方向が上記垂線に対して垂直に交わり、かつ上記磁石の回転面に平行な直線の方向であるように上記磁気センサが配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。 In a rotation angle detection device in which a magnetic sensor is arranged facing a rotating magnet and the rotation angle of the magnet is detected from a change in the magnetic field detected by the magnetic sensor.
A first magnetic field detection region for detecting only a magnetic field in one direction and a second magnetic field detection region for detecting only a magnetic field in one direction perpendicular to the one direction are formed inside the magnetic sensor,
The first magnetic field detection area is closer to the rotation axis of the magnet than the second magnetic field detection area, and the direction of the detection magnetic field of the first magnetic field detection area is in the direction of a perpendicular line dropped from the first magnetic field detection area to the rotation axis of the magnet. The magnetic sensor is arranged such that the direction of the detected magnetic field of the second magnetic field detection region intersects the perpendicular to the perpendicular and is a straight line parallel to the rotation surface of the magnet. Rotation angle detector.
上記磁石の回転角度θをarctan(H2/H1)により求めることを特徴とする請求項4記載の回転角度検出方法。 When the magnetic field in the direction intersecting the rotation axis of the magnet detected by the magnetic sensor is H 1 and the magnetic field in the direction orthogonal to the magnetic field H 1 is H 2 ,
5. The rotation angle detection method according to claim 4, wherein the rotation angle θ of the magnet is obtained by arctan (H 2 / H 1 ).
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