JP2012037243A - Rotation detection device - Google Patents

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範章 藤田
Hirotaka Manabe
浩崇 真鍋
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幸裕 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology of simply and surely fixing a magnet to a rotary shaft in a rotation detection device for detecting rotation based on a rotational magnetic field generated by rotating the magnet.SOLUTION: A rotational member 1 of the rotation detection device for detecting the rotational state of the rotational member 1 based on the change of a magnetic field formed around the rotational member 1 includes a magnet 2 where an N-pole area and an S-pole area are alternatively formed around a rotational center, and a resin housing 3 for holding the magnet 2. In a magnet outer shape forming step, the outer shape of the magnet 2 is formed by using a magnetic material. In a housing forming step, the magnet 2 having the outer shape formed is located in housing molds 50 and 70, and the housing 3 including the magnet 2 is molded by a resin. In a magnetization step, the magnet 2 integrated with the housing 3 is magnetized.

Description

本発明は、磁石の回転による回転磁場に基づいて回転を検出する回転検出装置に関する。   The present invention relates to a rotation detection device that detects rotation based on a rotating magnetic field generated by rotation of a magnet.

互いに直交する2つの磁束密度に対して感度を有するセンサを用いて、径方向に磁化された磁石の回転による回転磁場に基づいて回転、特に回転角度を検出する回転検出装置が知られている。下記に出典を示す特許文献1には、このような回転検出装置の一例として、ホール素子を有する磁気的位置センサ及び速度センサの技術が開示されている。特許文献1に開示された磁気的位置センサ及び速度センサにおいて、環状の磁石は、接着剤によってシャフトに取り付けられる。あるいは、反対方向に交差磁化された2つの半円形ワッシャーからなる磁石が、固定子を構成する円盤型の部材の一面に接着されて、磁気的位置センサや速度センサが構成される。   2. Description of the Related Art A rotation detection device that detects rotation, particularly a rotation angle based on a rotating magnetic field generated by rotation of a magnet magnetized in a radial direction using a sensor having sensitivity to two magnetic flux densities orthogonal to each other is known. Japanese Patent Application Publication No. JP-A-2001-259707, which is cited below, discloses a technique of a magnetic position sensor and a speed sensor having a Hall element as an example of such a rotation detection device. In the magnetic position sensor and speed sensor disclosed in Patent Document 1, the annular magnet is attached to the shaft by an adhesive. Or the magnet which consists of two semicircular washers cross-magnetized in the opposite direction is adhere | attached on one surface of the disk-shaped member which comprises a stator, and a magnetic position sensor and a speed sensor are comprised.

下記に出典を示す特許文献2には、回動角検出装置の技術が開示されている。この回動角検出装置の磁石は、長さ方向の両側が磁極となった矩形状、又は小判状(陸上競技のトラック形状)に形成されている。当該磁石の中央部には回動軸の軸方向に延びる貫通孔が設けられている。この貫通孔に回動軸部材の突出端が嵌合され、貫通孔から抜けた当該突出端がかしめ固定されることによって、磁石が回動軸部材に固着される。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707, which is cited below, discloses a technique of a rotation angle detection device. The magnet of this rotation angle detection device is formed in a rectangular shape with poles on both sides in the length direction, or in an oval shape (track shape for athletics). A through hole extending in the axial direction of the rotation shaft is provided in the central portion of the magnet. The protruding end of the rotating shaft member is fitted into the through hole, and the protruding end that has come out of the through hole is caulked and fixed, whereby the magnet is fixed to the rotating shaft member.

特許第2842482号公報(第8欄、第10欄等)Japanese Patent No. 2842482 (column 8, column 10, etc.) 特開平11−264711号公報(第33段落、図1、2等)Japanese Patent Laid-Open No. 11-264711 (paragraph 33, FIGS. 1 and 2 etc.)

磁気的位置センサ及び速度センサや、回動角検出装置などの回転検出装置では、回動軸(回転軸)に対する磁石の固定精度が検出精度に与える影響が大きい。従って、回動軸(回転軸)への磁石の固定方法は、非常に重要な技術課題である。このため、特許文献1及び特許文献2に記載の装置において、磁石は回転軸となるシャフトや回動軸部材に対して、接着材によって接着されたり、かしめられたりすることによって確実に固定される。但し、接着材による接着や、かしめ加工は、量産工程において製作に必要な工数を要することから、大量生産に最適な方法とはいえない。   In a rotation detection device such as a magnetic position sensor, a speed sensor, and a rotation angle detection device, the accuracy of fixing the magnet with respect to the rotation shaft (rotation shaft) has a great influence on the detection accuracy. Therefore, the method of fixing the magnet to the rotating shaft (rotating shaft) is a very important technical problem. For this reason, in the apparatus described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the magnet is securely fixed to the shaft or the rotating shaft member serving as the rotating shaft by being bonded or caulked with an adhesive. . However, bonding with an adhesive or caulking is not an optimal method for mass production because it requires man-hours necessary for production in a mass production process.

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、磁石の回転による回転磁場に基づいて回転を検出する回転検出装置において、回転軸に対して簡潔且つ確実に磁石を固定する技術を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of the above problems, and provides a technique for simply and reliably fixing a magnet to a rotation shaft in a rotation detection device that detects rotation based on a rotating magnetic field generated by rotation of a magnet. For the purpose.

上記目的を達成するため、本発明の請求項1において講じた技術的手段(以下、第1の技術的手段と称する。)に係る、回転部材の周囲に形成される磁場の変化に基づいて、当該回転部材の回転角度を含む回転状態を検出する回転検出装置の特徴構成は、
前記回転部材の径方向外側に向かってN極性を示すN極領域、及び前記回転部材の径方向外側に向かってS極性を示すS極領域が、前記回転部材の回転中心の周りに交互に形成される磁石と、
前記磁石を保持して、前記磁石と一体に樹脂成形されるハウジングと、を前記回転部材が有する点にある。
In order to achieve the above object, based on the change in the magnetic field formed around the rotating member according to the technical means (hereinafter referred to as the first technical means) taken in claim 1 of the present invention, The characteristic configuration of the rotation detection device that detects the rotation state including the rotation angle of the rotation member is as follows:
N pole regions showing N polarity toward the radially outer side of the rotating member and S pole regions showing S polarity toward the radially outer side of the rotating member are alternately formed around the rotation center of the rotating member. With magnets,
The rotating member has a housing that holds the magnet and is resin-molded integrally with the magnet.

また、本発明の請求項2において講じた技術的手段(以下、第2の技術的手段と称する。)に係る回転検出装置は、前記磁石が、樹脂材料に磁性体材料を混合して樹脂成形されるプラスチックマグネットであるとよい。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a rotation detecting device according to the technical means (hereinafter referred to as second technical means), wherein the magnet is formed by mixing a resin material with a magnetic material. It is good to be a plastic magnet.

また、本発明の請求項3において講じた技術的手段(以下、第3の技術的手段と称する。)に係る回転検出装置は、前記N極領域及び前記S極領域が、前記回転部材の回転中心を中心とする扇形の範囲に設けられているものであるとよい。   Further, in the rotation detection device according to the technical means (hereinafter referred to as third technical means) taken in claim 3 of the present invention, the N pole region and the S pole region are rotated by the rotating member. It is good to be provided in the fan-shaped range centering on the center.

本発明は、以下の如く効果を有する。   The present invention has the following effects.

即ち、上記第1の技術的手段によれば、磁石と磁石を設置するハウジングとが一体に樹脂成形された後の回転部材において、ハウジングに対して磁石が強固に固定される。従って、経年変化による磁石の位置ずれなどが発生する可能性が低くなり、信頼性の高い回転検出装置を得ることができる。また、磁石とハウジングとを一体に樹脂成形することによって、磁石をハウジングに固定する工程を簡素化することができ、大量生産に適した構造とすることができる。   That is, according to the first technical means, the magnet is firmly fixed to the housing in the rotating member after the magnet and the housing in which the magnet is installed are integrally molded with resin. Therefore, the possibility of occurrence of a magnet position shift due to secular change is reduced, and a highly reliable rotation detection device can be obtained. Moreover, by integrally resin-molding the magnet and the housing, the process of fixing the magnet to the housing can be simplified, and a structure suitable for mass production can be obtained.

磁石とハウジングとを構成する材料組成が異なると、回転部材の使用温度環境が変動した場合に、構成材料がもつ線膨張係数の違いから磁石にストレスが掛かり、磁石に割れが発生する可能性がある。しかし、上記第2の技術的手段によれば、磁石が、樹脂材料に粉体あるいは粒子からなる磁性体材料を混合して樹脂形成されるプラスチックマグネットであると、プラスチックマグネットの製法が樹脂成形の製法と同様な製法となる。このため、樹脂製のハウジングと同様の組成で磁石とハウジングとが一体化される。成形されたプラスチックマグネット中に、磁性体材料が粉体あるいは粒子として分散されているため、温度変化に伴う粉体あるいは粒子の磁性体材料の熱膨張あるいは熱収縮は小さくなる。これによってハウジングの材質と磁石の材質との違いに基づく線膨張係数の違いの影響が少なくなり、使用温度環境の変動に対して強い耐性を有する回転検出装置を得ることができる。   If the material composition of the magnet and the housing is different, when the operating temperature environment of the rotating member fluctuates, the magnet may be stressed due to the difference in linear expansion coefficient of the constituent material, and the magnet may crack. is there. However, according to the second technical means, if the magnet is a plastic magnet formed by mixing a resin material with a magnetic material made of powder or particles, the method of manufacturing the plastic magnet is a resin molding. The manufacturing method is similar to the manufacturing method. For this reason, the magnet and the housing are integrated with the same composition as the resin housing. Since the magnetic material is dispersed as powder or particles in the molded plastic magnet, the thermal expansion or contraction of the magnetic material of the powder or particles due to temperature change is reduced. As a result, the influence of the difference in linear expansion coefficient based on the difference between the material of the housing and the material of the magnet is reduced, and a rotation detection device having a strong resistance to fluctuations in the operating temperature environment can be obtained.

上記第3の技術的手段によれば、回転検出装置に設けられる回転磁場の範囲は、回転検出装置の用途に応じて設定されればよく、必ずしも回転部材の回転中心を中心として全周にN極領域及びS極領域を設けられる必要はない。このような事例として、例えば、120度〜180度程度の、360度未満の機械的な回転角度を検出する用途に用いられるような場合が相当する。このような場合、N極領域及びS極領域が、回転部材の回転中心を中心とする扇形の範囲に設けられると、全周に亘って設けられる場合と比べて、回転部材における磁石の占める体積を小さくすることができる。従って、磁石を構成する磁性体材料の使用量が少なくなり、磁石を形成するに要するコストを低減することができ、これによって回転検出装置のコストを低減することができる。磁石がプラスチックマグネットにより構成される場合においても、当然ながら磁性体材料の量を減じることができ、コストを低減することができる。特に磁石が希土類磁石である場合には、希土類磁石の材料コストが他の磁石材料に比べて高いために、回転装置としてのコストの低減効果が大きい。   According to the third technical means, the range of the rotating magnetic field provided in the rotation detecting device may be set in accordance with the use of the rotation detecting device, and is not necessarily N around the rotation center of the rotating member. It is not necessary to provide the polar region and the S-polar region. As such a case, for example, it corresponds to a case where it is used for a purpose of detecting a mechanical rotation angle of about 120 degrees to 180 degrees and less than 360 degrees. In such a case, when the N-pole region and the S-pole region are provided in a fan-shaped range with the rotation center of the rotation member as the center, the volume occupied by the magnet in the rotation member compared to the case where it is provided over the entire circumference. Can be reduced. Therefore, the amount of the magnetic material constituting the magnet is reduced, and the cost required to form the magnet can be reduced, thereby reducing the cost of the rotation detection device. Even when the magnet is composed of a plastic magnet, the amount of the magnetic material can naturally be reduced, and the cost can be reduced. In particular, when the magnet is a rare earth magnet, since the material cost of the rare earth magnet is higher than that of other magnet materials, the cost reduction effect as a rotating device is great.

本発明の回転検出装置(角度検出装置)の回転部材の一例を示す斜視図The perspective view which shows an example of the rotation member of the rotation detection apparatus (angle detection apparatus) of this invention 回転部材の側面図Side view of rotating member 図2のIII-III断面図III-III sectional view of Fig. 2 角度検出装置の構成を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of an angle detection apparatus typically 角度検出装置の構成を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of an angle detection apparatus typically 角度検出装置の磁場検出部の構成の一例を示す斜視図The perspective view which shows an example of a structure of the magnetic field detection part of an angle detection apparatus. 磁場検出部による磁場成分の検出原理を示す説明図Explanatory diagram showing the principle of detection of magnetic field components by the magnetic field detector 磁場検出部による磁場成分の検出原理を示す説明図Explanatory diagram showing the principle of detection of magnetic field components by the magnetic field detector 回転部材をインサート成形により成形する手順を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically the procedure which shape | molds a rotating member by insert molding

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、回転検出装置として、特に回転角度を検出する角度検出装置を例として説明する。このような角度検出装置は、例えば、自動車の操舵角センサや変速機のシフト位置センサとして用いられるものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example of an angle detection device that detects a rotation angle will be described as an example of the rotation detection device. Such an angle detection device is used, for example, as a steering angle sensor for an automobile or a shift position sensor for a transmission.

図1は、本発明の角度検出装置(回転検出装置)の回転部材1の一例を示す斜視図である。図2は、回転部材1の側面図であり、図3は、図2のIII-III断面図である。図4及び図5は、角度検出装置の構成を模式的に示す説明図であり、図6は、角度検出装置の磁場検出部5の構成の一例を示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of a rotating member 1 of an angle detection device (rotation detection device) according to the present invention. 2 is a side view of the rotating member 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 4 and 5 are explanatory diagrams schematically showing the configuration of the angle detection device, and FIG. 6 is a perspective view showing an example of the configuration of the magnetic field detection unit 5 of the angle detection device.

図1に示す回転部材1は、図4及び図5に示すように、被検出対象となるステアリングやシフトレバーなどの回転体あるいは回動体の回転軸(回動軸)であるシャフト7に嵌合される。回転部材1は、当該シャフト7と共に回転(回動)する。以下、特に断らない限り、「回転」と「回動」とを区別することなく、「回転」と称して説明する。角度検出装置は、回転部材1の周囲に発生する回転磁場を検出する磁場検出部5と、磁場検出部5の検出情報に基づいて磁場検出部5に対する回転部材1の回転角度を演算する不図示の演算部とを備えて構成される。   As shown in FIGS. 4 and 5, the rotating member 1 shown in FIG. 1 is fitted to a shaft 7 which is a rotating body (rotating shaft) of a rotating body or rotating body such as a steering or a shift lever to be detected. Is done. The rotating member 1 rotates (rotates) together with the shaft 7. Hereinafter, unless otherwise specified, “rotation” and “rotation” will be referred to as “rotation” without distinction. The angle detection device detects a rotating magnetic field generated around the rotating member 1 and calculates the rotation angle of the rotating member 1 with respect to the magnetic field detecting unit 5 based on detection information of the magnetic field detecting unit 5 (not shown). And an arithmetic unit.

磁場検出部5は、一例として図6に示すような集積回路(ホールIC)の形態で実現される。磁場検出部5は、2方向の磁場成分の大きさを検出する。つまり、磁場検出部5は、同一平面上において直交するように配置された二対の検出素子9(9a及び9bの一対、9c及び9dの一対)を有する。図6に示す例では、3次元直交座標系のX方向に沿って一対の検出素子9c及び9dがそれぞれ離間して備えられるとともに、Y方向に沿った一対の検出素子9a及び9bがそれぞれ離間して備えられている。磁場検出部5は、軟磁性材料から構成される円形状の磁性プレート8を有する。二対の検出素子9は、磁性プレート8の直下の周辺部、つまり、検出素子9の平面上に磁性プレート8の周面が存在する位置に配置される。本例において、二対の検出素子9はホール素子である。磁場検出部5は、検出素子9の出力を信号処理する信号処理回路を内蔵したホールICとして構成される。このような構成の磁場検出装置は、例えば特開2002−71381号公報、特開2003−294818号公報、国際公開第03/081182号パンフレットなどに記載されている。   The magnetic field detection unit 5 is realized, for example, in the form of an integrated circuit (Hall IC) as shown in FIG. The magnetic field detector 5 detects the magnitude of the magnetic field component in two directions. That is, the magnetic field detection unit 5 includes two pairs of detection elements 9 (a pair of 9a and 9b and a pair of 9c and 9d) arranged so as to be orthogonal to each other on the same plane. In the example shown in FIG. 6, the pair of detection elements 9 c and 9 d are provided separately along the X direction of the three-dimensional orthogonal coordinate system, and the pair of detection elements 9 a and 9 b along the Y direction are separated from each other. Are provided. The magnetic field detector 5 has a circular magnetic plate 8 made of a soft magnetic material. The two pairs of detection elements 9 are arranged at the peripheral portion immediately below the magnetic plate 8, that is, at a position where the peripheral surface of the magnetic plate 8 exists on the plane of the detection element 9. In this example, the two pairs of detection elements 9 are Hall elements. The magnetic field detection unit 5 is configured as a Hall IC incorporating a signal processing circuit that performs signal processing on the output of the detection element 9. The magnetic field detection apparatus having such a configuration is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2002-71381, 2003-294818, and WO 03/081182.

上述したように、角度検出装置は、不図示の演算部を備えており、磁場検出部5の出力に基づいて回転部材1の回転角度を演算する。演算部は、マイクロコンピュータやDSP(digital signal processor)などのプロセッサにより構成され、磁場検出部5と同一の基板に実装されると好適である。なお、演算部は、信号処理回路とともに上記ホールICに内蔵されてもよい。   As described above, the angle detection device includes a calculation unit (not shown), and calculates the rotation angle of the rotary member 1 based on the output of the magnetic field detection unit 5. The calculation unit is preferably configured by a processor such as a microcomputer or a DSP (digital signal processor) and mounted on the same substrate as the magnetic field detection unit 5. Note that the arithmetic unit may be incorporated in the Hall IC together with the signal processing circuit.

図4は、角度検出装置の一つの構成例を示している。角度検出装置が有する回転部材1は、断面アーチ状をなす磁石2を備えている。磁石2は、周方向に沿って交互に配列されるN極領域とS極領域とを有し、シャフト7に外嵌される。磁場検出部5は、二対の検出素子9が配置された平面が、回転部材1の径方向と平行になるように、磁石2に対向して配置される。二対の検出素子9は、それぞれ3次元直交座標系のX方向及びY方向に沿って離間して設けられている。本例では、回転部材1の径方向をY方向として、磁場検出部5が回転部材1に対向している。   FIG. 4 shows one configuration example of the angle detection device. The rotation member 1 included in the angle detection device includes a magnet 2 having an arch shape in cross section. The magnet 2 has an N-pole region and an S-pole region that are alternately arranged along the circumferential direction, and is externally fitted to the shaft 7. The magnetic field detection unit 5 is disposed to face the magnet 2 so that the plane on which the two pairs of detection elements 9 are disposed is parallel to the radial direction of the rotating member 1. The two pairs of detection elements 9 are provided apart from each other along the X direction and the Y direction of the three-dimensional orthogonal coordinate system. In this example, the magnetic field detector 5 faces the rotating member 1 with the radial direction of the rotating member 1 as the Y direction.

図5は、角度検出装置の別の構成例を示している。磁場検出部5は、二対の検出素子9が配置された平面が、回転部材1の径方向に対して直交するように、磁石2に対向して配置される。上述したように、二対の検出素子9は、それぞれ3次元直交座標系のX方向及びY方向に沿って離間して設けられている。本例では、回転部材1の径方向を3次元直交座標のZ方向として、磁場検出部5が回転部材1に対向する。   FIG. 5 shows another configuration example of the angle detection device. The magnetic field detection unit 5 is arranged so as to face the magnet 2 so that the plane on which the two pairs of detection elements 9 are arranged is orthogonal to the radial direction of the rotating member 1. As described above, the two pairs of detection elements 9 are provided apart from each other along the X direction and the Y direction of the three-dimensional orthogonal coordinate system. In this example, the magnetic field detector 5 faces the rotating member 1 with the radial direction of the rotating member 1 as the Z direction of three-dimensional orthogonal coordinates.

以下、角度検出装置の原理について説明する。図7は、図4においてX軸の方向から見た磁場検出部5の断面図であり、磁場検出部5に印加される磁石2による漏れ磁束の分布の状態を示している。図7に示すように、Y方向に磁石2から漏れる外部磁場が磁場検出部5に印加されると、軟磁性材料から構成される磁性プレート8の集磁効果により磁束が磁性プレート8の方向に曲げられる。一対の検出素子9a及び9bに印加される、磁性プレート8に対して垂直なZ方向の磁場成分の大きさは、外部磁場の大きさに比例したものとなる。また、Z方向の磁場成分の向きは、検出素子9aと9bとで逆方向となる。従って、磁場検出部5の信号処理部あるいは不図示の演算部において、一対の検出素子9a及び9bのベクトル量の出力の差分を求めることにより、Y方向の外部磁場の大きさに比例したベクトル量が検出される。   Hereinafter, the principle of the angle detection device will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the magnetic field detection unit 5 viewed from the X-axis direction in FIG. 4 and shows a state of leakage magnetic flux distribution by the magnet 2 applied to the magnetic field detection unit 5. As shown in FIG. 7, when an external magnetic field leaking from the magnet 2 in the Y direction is applied to the magnetic field detector 5, the magnetic flux is directed in the direction of the magnetic plate 8 due to the magnetic flux collecting effect of the magnetic plate 8 made of a soft magnetic material. Bend. The magnitude of the magnetic field component perpendicular to the magnetic plate 8 applied to the pair of detection elements 9a and 9b is proportional to the magnitude of the external magnetic field. The direction of the magnetic field component in the Z direction is opposite between the detection elements 9a and 9b. Therefore, a vector quantity proportional to the magnitude of the external magnetic field in the Y direction is obtained by obtaining a difference in the vector quantity output of the pair of detection elements 9a and 9b in the signal processing section of the magnetic field detection section 5 or a calculation section (not shown). Is detected.

一方、X方向に外部磁場が印加された場合も同様であり、磁性プレート8に対して垂直なZ方向の磁場成分が発生する。上記と同様に、一対の検出素子9c及び9dの出力の差分を求めることにより、X方向の外部磁場の大きさに比例したベクトル量が検出される。これら、X方向及びY方向の検出結果(磁場の大きさと方向)から、逆三角関数(tan- 1 )を用いて回転部材1の回転角度が求められる。   On the other hand, the same applies when an external magnetic field is applied in the X direction, and a magnetic field component in the Z direction perpendicular to the magnetic plate 8 is generated. In the same manner as described above, the vector amount proportional to the magnitude of the external magnetic field in the X direction is detected by obtaining the difference between the outputs of the pair of detection elements 9c and 9d. From the detection results (magnitude and direction of the magnetic field) in the X direction and the Y direction, the rotation angle of the rotating member 1 is obtained using an inverse trigonometric function (tan-1).

ここで、角度検出装置の原理についてさらに詳細に説明する。図7を用いて上述したように、Y方向に磁石2から漏れる外部磁場が検出部5に印加されると、軟磁性材料から構成される磁性プレート8の集磁効果により磁束が磁性プレート8の方向に曲げられる。これにより、磁性プレート8の周辺部のY方向に沿って離間して配置された一対の検出素子9a及び9bに印加される磁束密度の大きさは、以下の関係によって変わる。即ち、磁束密度の大きさは、磁石2と磁性プレート8との距離、磁石2と磁性プレート8との相対的な位置関係、及び、検出素子9a、9bの磁性プレート8に対する位置関係によって変わる。このため、磁石2が検出部5の近傍で回転することにより磁石2と磁性プレート8との相対的な位置関係が変わり、これに応じて、磁石2から漏れた磁束が磁性プレート8の近傍に形成する磁束分布の状態が大きく変わる。   Here, the principle of the angle detection device will be described in more detail. As described above with reference to FIG. 7, when an external magnetic field leaking from the magnet 2 in the Y direction is applied to the detection unit 5, the magnetic flux of the magnetic plate 8 is caused by the magnetic flux collecting effect of the magnetic plate 8 made of a soft magnetic material. Bent in the direction. Thereby, the magnitude | size of the magnetic flux density applied to a pair of detection elements 9a and 9b spaced apart along the Y direction of the peripheral part of the magnetic plate 8 changes with the following relationships. That is, the magnitude of the magnetic flux density varies depending on the distance between the magnet 2 and the magnetic plate 8, the relative positional relationship between the magnet 2 and the magnetic plate 8, and the positional relationship between the detection elements 9a and 9b with respect to the magnetic plate 8. For this reason, when the magnet 2 rotates in the vicinity of the detection unit 5, the relative positional relationship between the magnet 2 and the magnetic plate 8 changes, and accordingly, the magnetic flux leaking from the magnet 2 is moved to the vicinity of the magnetic plate 8. The state of magnetic flux distribution to be formed changes greatly.

ここで、検出素子9が検出するX方向の磁束密度について考える。X方向とY方向とは同一平面上における直交座標であるから、2つの検出素子9c、9dが検出するX方向の磁束密度の差は、Y方向と同様に変化することが容易に理解できる。即ち、X方向の磁束密度の差は、ゼロから検出素子9cまたは9dに加わる磁束密度のX方向成分の値の間の数値を正弦波状に連続的に変化する。   Here, the magnetic flux density in the X direction detected by the detection element 9 will be considered. Since the X direction and the Y direction are orthogonal coordinates on the same plane, it can be easily understood that the difference in magnetic flux density in the X direction detected by the two detection elements 9c and 9d changes in the same manner as in the Y direction. That is, the difference in the magnetic flux density in the X direction continuously changes the value between zero and the value of the X direction component of the magnetic flux density applied to the detection element 9c or 9d in a sine wave form.

以上、検出素子9aと9bとからなる一対の検出素子に加わる磁束密度と各方向成分の減算値あるいは加算値について説明した。検出素子9cと9dとからなるもう一対の検出素子については、検出素子9cと9dとの中心線が、検出素子9aと9bとの中心線と90度をなす。このため、各方向成分の磁束密度の大きさの変化を示す正弦波の位相は異なる。しかし、磁石2の回転によって、X方向において生じる磁束密度の成分の差は、ゼロから検出素子9cまたは9dに加わる磁束密度のX方向成分の最大値の間を正弦波状に連続的に変化する。同様に、Y方向において生じる磁束密度の成分の差は、ゼロから検出素子9aまたは9bに加わる磁束密度のY方向成分の最大値の間を正弦波状に連続的に変化する。   The magnetic flux density applied to the pair of detection elements including the detection elements 9a and 9b and the subtraction value or addition value of each direction component have been described above. For the other pair of detection elements consisting of the detection elements 9c and 9d, the center line of the detection elements 9c and 9d forms 90 degrees with the center line of the detection elements 9a and 9b. For this reason, the phase of the sine wave which shows the change of the magnitude | size of the magnetic flux density of each direction component differs. However, the difference in the magnetic flux density component generated in the X direction due to the rotation of the magnet 2 continuously changes in a sinusoidal manner from zero to the maximum value of the X direction component of the magnetic flux density applied to the detection element 9c or 9d. Similarly, the difference in the magnetic flux density component generated in the Y direction continuously changes in a sinusoidal manner from zero to the maximum value of the Y direction component of the magnetic flux density applied to the detection element 9a or 9b.

また、同様の考え方により、Z方向の磁束密度の成分の和は、ゼロから検出素子9cまたは9dに加わるZ方向成分の2倍の値の間(あるいはゼロから検出素子9aまたは9bに加わるZ方向成分の2倍の値の間)を正弦波状に連続的に変化する。   Further, based on the same idea, the sum of the components of the magnetic flux density in the Z direction is between zero and twice the Z direction component applied to the detection element 9c or 9d (or from Z to the Z direction applied to the detection element 9a or 9b). Continuously change in a sinusoidal shape (between twice the component values).

次に、上述した検出素子9に印加される磁束ベクトル量に基づき、回転角度を演算する演算部の動作について説明する。上述したように、演算部は、マイクロコンピュータなどのプロセッサを有して構成され、プログラムなどによって演算処理の内容を選択可能である。はじめに、各検出素子9a〜9dが検出した磁束の大きさに比例する電圧信号が演算部に入力される。演算部は、X方向およびY方向の磁場成分の信号に対しては減算処理を、Z方向成分の信号については加算処理を行う。尚、これら加算処理及び減算処理については、上述したように角度検出装置の構成などに応じて構築されたプログラムにより変更可能である。つまり、角度検出装置の構成などに応じて、加算処理を減算処理に変更したり、減算処理を加算処理に変更したりすることが可能である。   Next, the operation of the calculation unit that calculates the rotation angle based on the magnetic flux vector amount applied to the detection element 9 described above will be described. As described above, the calculation unit includes a processor such as a microcomputer, and the contents of the calculation process can be selected by a program or the like. First, a voltage signal proportional to the magnitude of the magnetic flux detected by each of the detection elements 9a to 9d is input to the calculation unit. The calculation unit performs subtraction processing on the magnetic field component signals in the X direction and Y direction, and performs addition processing on the Z direction component signals. Note that the addition process and the subtraction process can be changed by a program constructed according to the configuration of the angle detection apparatus as described above. That is, the addition process can be changed to the subtraction process, or the subtraction process can be changed to the addition process according to the configuration of the angle detection device.

この後、演算部は、減算処理あるいは加算処理後の値を用いて、tan- 1 (Z方向成分の加算処理値/X方向成分の減算処理値)、tan- 1 (Z方向成分の加算処理値/Y方向成分の減算処理値)、tan- 1 (Y方向成分の減算処理値/X方向成分の減算処理値)などの逆三角関数演算を行う。上述したように、回転角度に応じて各方向成分の磁束密度の大きさの変化を示す正弦波の位相が異なる。この位相の差を利用することにより、上記逆三角関数の演算から回転角度が求められる。   Thereafter, the calculation unit uses the value after the subtraction process or the addition process, and uses tan -1 (Z direction component addition process value / X direction component subtraction process value), tan -1 (Z direction component addition process). Value / Y-direction component subtraction processing value), tan −1 (Y-direction component subtraction processing value / X-direction component subtraction processing value) and the like are performed. As described above, the phase of the sine wave indicating the change in the magnitude of the magnetic flux density of each direction component differs depending on the rotation angle. By using this phase difference, the rotation angle is obtained from the calculation of the inverse trigonometric function.

なお、これらの3種類の演算処理の選択については、上述したように角度検出装置の構成などに応じて構築されたプログラムにより、マイクロコンピュータなどのプロセッサが実施すると好適である。即ち、上述した磁石2と磁性プレート8との距離と相対的な位置関係、および検出素子9の磁性プレート8に対する位置関係によって、上記の3種類の演算処理を選択し、回転角度が求められる。   Note that the selection of these three types of arithmetic processing is preferably performed by a processor such as a microcomputer using a program constructed according to the configuration of the angle detection device as described above. In other words, the above three types of arithmetic processing are selected according to the above-described distance and relative positional relationship between the magnet 2 and the magnetic plate 8 and the positional relationship of the detection element 9 with respect to the magnetic plate 8 to obtain the rotation angle.

以下、図4とは異なる構成である図5の角度検出装置に関する原理を簡単に説明する。上述したように、図5に示した角度検出装置は、回転部材1の径方向を3次元直交座標のZ方向として、磁場検出部5が回転部材1に対向する。   Hereinafter, the principle regarding the angle detection apparatus of FIG. 5 having a configuration different from that of FIG. 4 will be briefly described. As described above, in the angle detection device illustrated in FIG. 5, the magnetic field detection unit 5 faces the rotation member 1 with the radial direction of the rotation member 1 as the Z direction of three-dimensional orthogonal coordinates.

図8は、図5においてX軸の方向から見た磁場検出部5の断面図であり、検出部5に印加される磁束の状態を示している。図8に示すように、Z方向に外部磁場が印加されると、Y向に沿って配置された一対の検出素子9a及び9bには、垂直なZ方向の磁場が印加される。この時、図7に示した先の例とは異なり、Z方向の磁場成分の向きは、検出素子9aと9bとで同方向である。従って、磁場検出部5の信号処理部あるいは不図示の演算部において、一対の検出素子9a及び9bのベクトル量の出力を加算することにより、Z方向の外部磁場の大きさに比例したベクトル量が検出される。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the magnetic field detection unit 5 viewed from the X-axis direction in FIG. 5 and shows the state of magnetic flux applied to the detection unit 5. As shown in FIG. 8, when an external magnetic field is applied in the Z direction, a vertical Z direction magnetic field is applied to the pair of detection elements 9a and 9b arranged along the Y direction. At this time, unlike the previous example shown in FIG. 7, the direction of the magnetic field component in the Z direction is the same in the detection elements 9a and 9b. Therefore, in the signal processing unit of the magnetic field detection unit 5 or the calculation unit (not shown), the vector amount proportional to the magnitude of the external magnetic field in the Z direction is obtained by adding the vector amount outputs of the pair of detection elements 9a and 9b. Detected.

一方、X方向に外部磁場が印加された場合、Z方向の磁場成分は、一対の検出素子9c及び9dの間で、基本的に大きさ及び方向の一方又は双方が異なるものとなる。ここで、「基本的に」としているのは、大きさ及び方向が同一となるポイントも存在するからである。そこで、X方向に関しては、図4に示した角度検出装置と同様に、一対の検出素子9c及び9dの出力の差分を求めることにより、外部磁場の大きさに比例したベクトル量が検出される。   On the other hand, when an external magnetic field is applied in the X direction, the magnetic field component in the Z direction basically differs in one or both of the magnitude and direction between the pair of detection elements 9c and 9d. Here, “basically” is because there is a point having the same size and direction. Therefore, with respect to the X direction, as in the angle detection apparatus shown in FIG. 4, the vector amount proportional to the magnitude of the external magnetic field is detected by obtaining the difference between the outputs of the pair of detection elements 9c and 9d.

X方向及びZ方向の検出結果(磁場の大きさと方向)から、上述したように、逆三角関数(tan- 1 )を用いて回転部材1の回転角度が求められる。回転角度の演算は、上記と同様に、マイクロコンピュータなどのプロセッサを有して構成された不図示の演算部で実施される。但し、図4に示す構成と全く同じ演算処理により、回転角度を求めることはできない。この理由は、Y方向に配置された一対の検出素子9a及び9bに対する信号処理方法が異なるためである。しかし、上述したように、演算部を構成するプロセッサは、プログラムなどによって演算処理の内容を選択可能に構成されている。従って、図4に示した構成の角度検出装置と同様の検出部5を用いることが可能である。   From the detection results (magnitude and direction of the magnetic field) in the X direction and the Z direction, as described above, the rotation angle of the rotating member 1 is obtained using the inverse trigonometric function (tan-1). The calculation of the rotation angle is performed by a calculation unit (not shown) configured with a processor such as a microcomputer, as described above. However, the rotation angle cannot be obtained by the same calculation process as the configuration shown in FIG. This is because the signal processing methods for the pair of detection elements 9a and 9b arranged in the Y direction are different. However, as described above, the processor constituting the calculation unit is configured to be able to select the contents of the calculation process by a program or the like. Therefore, it is possible to use the detection unit 5 similar to the angle detection apparatus having the configuration shown in FIG.

尚、プログラムの変更は、ハードウェア上で機能するソフトウェアの変更のみを指すものではなく、ハードウェア構造の変更を伴うものも含む。再構築可能(reconfigurable)なハードウェア、FPGA(field programmable gate array)やPLD(programmable logic device)などを用いて、ハードウェア構造を変更してもよい。また、1つのプロセッサの端子への入力信号をハイレベル又はローレベルに切り換えることにより、あらかじめプロセッサに構築された複数の電子回路を選択する方式も含まれる。また、結果として異なるプロセッサが構築されることとなるが、プロセッサの構造を規定するハードウェア記述言語の変更もプログラムの変更に含まれる。   Note that the program change does not only indicate a change in software that functions on hardware, but also includes a change in hardware structure. The hardware structure may be changed using reconfigurable hardware, FPGA (field programmable gate array), PLD (programmable logic device), or the like. Also included is a method of selecting a plurality of electronic circuits built in the processor in advance by switching an input signal to a terminal of one processor to a high level or a low level. As a result, a different processor is constructed, but the change of the hardware description language that defines the structure of the processor is also included in the change of the program.

図4及び図5を用いて、異なる構成の角度検出装置を説明したが、何れの構成においても、同一構成の回転部材1を適用可能であることが、容易に理解できるであろう。これは、種々の角度検出装置(回転検出装置)において、回転部材1を共通化できることを示すものである。そして、量産性に優れ、耐久性や信頼性の高い回転部材1が提供されることは、産業分野において非常に期待されるものである。   Although the angle detection device having a different configuration has been described with reference to FIGS. 4 and 5, it can be easily understood that the rotation member 1 having the same configuration can be applied to any configuration. This indicates that the rotation member 1 can be shared in various angle detection devices (rotation detection devices). And it is highly expected in the industrial field that the rotating member 1 having excellent mass productivity and high durability and reliability is provided.

ここで、再び、図1〜図3を参照し、本実施形態の回転部材1の詳細について説明する。回転部材1は、磁石2と、磁石2と一体成形される樹脂製のハウジング3とを有して構成されている。磁石2には、回転部材の径方向外側に向かってN極性を示すN極領域、及び回転部材1の径方向外側に向かってS極性を示すS極領域が、回転部材1の回転中心の周りに交互に形成されている。本実施形態においては、機械角の120度を電気角(磁気角)の360度の分解能によって検出する目的で、磁石2には、N極23を挟んで機械角40度のピッチで2つのS極22及び24が形成されている。   Here, the details of the rotating member 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 again. The rotating member 1 includes a magnet 2 and a resin housing 3 formed integrally with the magnet 2. The magnet 2 has an N-pole region showing N polarity toward the radially outer side of the rotating member and an S-pole region showing S polarity toward the radially outer side of the rotating member 1 around the rotation center of the rotating member 1. Are alternately formed. In this embodiment, for the purpose of detecting a mechanical angle of 120 degrees with a resolution of an electrical angle (magnetic angle) of 360 degrees, the magnet 2 has two Ss with a pitch of a mechanical angle of 40 degrees with the N pole 23 interposed therebetween. The poles 22 and 24 are formed.

さらに、磁石2には、補助的磁場形成用の補助磁極としてN極21及び25が、それぞれS極22及び24に隣接して形成されている。補助磁極21及び25は、補助的磁場を形成する目的で形成されているため、他の磁極22〜24の約半分の大きさで形成される。補助磁極21及び25を設けると、検出範囲の中心磁極であるN極23の中心を基準として±180度(電気角)の範囲において、磁場角度と回転部材の回転角度との線形性が向上する。   Further, N poles 21 and 25 are formed on the magnet 2 adjacent to the S poles 22 and 24 as auxiliary magnetic poles for forming an auxiliary magnetic field. Since the auxiliary magnetic poles 21 and 25 are formed for the purpose of forming an auxiliary magnetic field, the auxiliary magnetic poles 21 and 25 are formed to be approximately half the size of the other magnetic poles 22 to 24. When the auxiliary magnetic poles 21 and 25 are provided, the linearity between the magnetic field angle and the rotation angle of the rotating member is improved in a range of ± 180 degrees (electrical angle) with respect to the center of the N pole 23 that is the central magnetic pole of the detection range. .

補助的な磁極21及び25が磁石2に形成されない場合には、N極23の中心を基準として中央付近(概ね±120度(電気角)程度)では良好な線形性を示すが、端部である±180度(電気角)近傍では、線形性が損なわれる場合がある。特に高い精度を要求しない場合や、演算部等において線形補正を行う場合には、補助磁極21及び25が設けられることなく、磁石2が構成されても構わない。   When the auxiliary magnetic poles 21 and 25 are not formed on the magnet 2, good linearity is exhibited near the center (approximately ± 120 degrees (electrical angle)) with respect to the center of the N pole 23, but at the end. In the vicinity of a certain ± 180 degrees (electrical angle), the linearity may be impaired. When high accuracy is not particularly required, or when linear correction is performed in the arithmetic unit or the like, the magnet 2 may be configured without the auxiliary magnetic poles 21 and 25 being provided.

本実施形態では、回転部材1の120度の回転角度、即ち機械角の120度を電気角の360度に対応させて検出する構成を示している。このため、回転部材1の周囲の一部に、磁石2が形成されている。つまり、N極領域及びS極領域は、回転部材1の回転中心を中心とする扇形(半円及び半円を超える場合を含む。)の範囲に設けられている。もちろん、電気角の360度を超える検出を行う場合などには、磁石2が形成される範囲は扇形に限定されることなく、回転部材1の全周に亘っていてもよい。   In the present embodiment, a configuration is shown in which a rotation angle of 120 degrees of the rotating member 1, that is, a mechanical angle of 120 degrees is detected in correspondence with an electrical angle of 360 degrees. For this reason, the magnet 2 is formed in a part of the periphery of the rotating member 1. In other words, the N-pole region and the S-pole region are provided in a fan-shaped range (including a case where a semicircle and a semicircle are exceeded) centered on the rotation center of the rotating member 1. Of course, when the detection of the electrical angle exceeding 360 degrees is performed, the range in which the magnet 2 is formed is not limited to the sector shape, and may extend over the entire circumference of the rotating member 1.

磁石2は、磁性体材料を焼結させて焼結磁石を作り、この焼結磁石を着磁することによって形成することができる。また、磁石2は、樹脂材料に磁性体材料である磁粉を混合した混合樹脂材料を用いて樹脂成形することによってプラスチックマグネットを作り、このプラスチックマグネットを着磁することによって形成することもできる。   The magnet 2 can be formed by sintering a magnetic material to make a sintered magnet and magnetizing the sintered magnet. The magnet 2 can also be formed by making a plastic magnet by resin molding using a mixed resin material obtained by mixing magnetic powder, which is a magnetic material, with a resin material, and magnetizing the plastic magnet.

本発明に係る回転部材1のハウジング3は、磁石2を保持して、樹脂材料により磁石2と一体成形される。特許文献1や2に開示されるように、磁石は、従来、回転軸となるシャフトや、回転部材のハウジングに対して、接着材によって接着されたり、かしめられたりすることによって固定されていた。上述したように、接着材による接着や、かしめ加工は、量産工程において工数を要することから、大量生産に最適な方法とはいえない。それに対して、本実施形態における回転部材1は、磁石2とハウジング3とが一体成形されるので、大量生産に適している。   The housing 3 of the rotating member 1 according to the present invention holds the magnet 2 and is integrally formed with the magnet 2 by a resin material. As disclosed in Patent Documents 1 and 2, conventionally, a magnet is fixed to a shaft serving as a rotating shaft or a housing of a rotating member by being bonded or caulked with an adhesive. As described above, bonding with an adhesive or caulking is not an optimal method for mass production because it requires man-hours in a mass production process. On the other hand, the rotating member 1 in this embodiment is suitable for mass production because the magnet 2 and the housing 3 are integrally formed.

ハウジング3は、樹脂成形により形成されるので、磁石2がプラスチックマグネットの場合には、回転部材1の全体が樹脂成形されることになる。磁石2とハウジング3との樹脂材料は、磁石2を構成するプラスチックマグネットが磁性体材料を含むことからも明らかなように異なる組成である。しかし、共に樹脂材料を主として構成されることから、磁石2が焼結磁石である場合に比べて、磁石2とハウジング3との線膨張係数は近い値となる。これにより、角度検出装置の使用環境温度が変化した場合に、磁石2とハウジング3との線膨張係数の違いに起因して磁石2に印加される応力が低減される。当然ながら、磁石2がプラスチックマグネットの場合には、ハウジング3と同じ樹脂材料に対して磁性体材料が混合されると好適である。   Since the housing 3 is formed by resin molding, when the magnet 2 is a plastic magnet, the entire rotating member 1 is resin-molded. The resin materials of the magnet 2 and the housing 3 have different compositions as is apparent from the fact that the plastic magnet that constitutes the magnet 2 includes a magnetic material. However, since both are mainly composed of a resin material, the linear expansion coefficients of the magnet 2 and the housing 3 are close to each other as compared with the case where the magnet 2 is a sintered magnet. Thereby, when the use environment temperature of an angle detection apparatus changes, the stress applied to the magnet 2 resulting from the difference in the linear expansion coefficient of the magnet 2 and the housing 3 is reduced. Of course, when the magnet 2 is a plastic magnet, it is preferable that a magnetic material is mixed with the same resin material as the housing 3.

また、磁粉に希土類磁石を用いると、希土類磁石の磁力が他の磁石の磁力より大きいため、樹脂材料に充填する磁粉の量を減じることができる。その結果、磁石2とハウジング3との組成をさらに近づけることができる。但し、希土類磁石は産出地が限られ、高価であるため、角度検出が必要とされる範囲に応じて、磁石2を適切な大きさとすることが好ましい。上述したように、磁石2が全周に亘って形成されることなく、扇形に形成されると、磁粉の使用量が抑制され、材料コスト(生産コスト)が低減される。   Further, when a rare earth magnet is used for the magnetic powder, the magnetic force of the rare earth magnet is larger than that of the other magnets, so that the amount of magnetic powder filled in the resin material can be reduced. As a result, the composition of the magnet 2 and the housing 3 can be made closer. However, since rare earth magnets have a limited production area and are expensive, it is preferable that the magnet 2 be appropriately sized according to the range where angle detection is required. As described above, when the magnet 2 is formed in a sector shape without being formed over the entire circumference, the amount of magnetic powder used is suppressed, and the material cost (production cost) is reduced.

ハウジング3と磁石2とは一体成形されるが、磁石2が焼結磁石の場合は勿論のこと、プラスチックマグネットであっても、両者の間には当然ながら界面が存在する。そこで、両者のずれや抜けを防止するために形状における工夫が施される。ハウジング3には、図2に示すように、回転部材1の周方向に亘ってフランジ部3aが形成され、回転部材1の回転軸の延在方向への磁石2の抜けが抑制される。また、図3に示すように、磁石2には、周方向の両端部に切欠部2bが形成され、ハウジング3にはこれら切欠部2bと係合する突起部3bが形成される。磁石2の切欠部2bとハウジング3の突起部3bとが係合することにより、回転部材1の周方向並びに径方向への磁石2のずれが抑制される。   The housing 3 and the magnet 2 are integrally formed. Of course, when the magnet 2 is a sintered magnet, even if it is a plastic magnet, there is an interface between them. Therefore, ingenuity in the shape is applied in order to prevent the displacement and omission of both. As shown in FIG. 2, a flange 3 a is formed in the housing 3 along the circumferential direction of the rotating member 1, and the magnet 2 is prevented from coming off in the extending direction of the rotating shaft of the rotating member 1. As shown in FIG. 3, the magnet 2 has notches 2b formed at both ends in the circumferential direction, and the housing 3 has protrusions 3b that engage with the notches 2b. By engaging the notch 2b of the magnet 2 and the protrusion 3b of the housing 3, the displacement of the magnet 2 in the circumferential direction and the radial direction of the rotating member 1 is suppressed.

特に本実施形態のように補助磁極21、25を有する磁石2の場合には、切欠部2bを補助磁極21、25の位置に設けることができて好適である。切欠部2bを設けるために、磁石2の体積が減少するが、その部分は補助磁極21、25に相当するため、磁石2の機能を損なうことがない。   In particular, in the case of the magnet 2 having the auxiliary magnetic poles 21 and 25 as in the present embodiment, the notch portion 2b can be provided at the position of the auxiliary magnetic poles 21 and 25, which is preferable. Since the cutout portion 2b is provided, the volume of the magnet 2 is reduced. However, since the portion corresponds to the auxiliary magnetic poles 21 and 25, the function of the magnet 2 is not impaired.

尚、本実施形態では、磁石2が全周に亘る円環状ではなく、半円環状に形成されているため、切欠部2bが周方向の両端部に設けられている。磁石2が円環状に形成されるような場合には、周方向に端部が存在しないため、適宜切欠部が設けられる。また、磁石2が円環状の場合には、径方向へのずれは考慮する必要がなく、周方向へのずれが抑制されればよい。従って、切欠部2bは1ヶ所のみに形成されてもよい。   In this embodiment, since the magnet 2 is formed in a semi-annular shape instead of an annular shape over the entire circumference, the notches 2b are provided at both ends in the circumferential direction. When the magnet 2 is formed in an annular shape, since there is no end portion in the circumferential direction, a notch is appropriately provided. Moreover, when the magnet 2 is annular, it is not necessary to consider the deviation in the radial direction, and it is only necessary to suppress the deviation in the circumferential direction. Therefore, the notch 2b may be formed only at one place.

また、本実施形態では、磁石2に切欠部2bが設けられ、ハウジング3に突起部3bが設けられる例を示したが、逆に磁石2に突起部が設けられ、ハウジング3に切欠部が設けられる構造であってもよい。但し、磁石2の周方向長さが同一の場合には、磁石2に切欠部2bが設けられる本実施形態の構造の方が、磁石2の体積が抑制されて好適である。即ち、磁石2を構成する磁性体材料は、特に希土類の場合には非常に高価であるから、磁石2の体積を抑制し、磁性体材料の使用量が抑制されると好適である。   In this embodiment, the magnet 2 is provided with the notch 2b and the housing 3 is provided with the protrusion 3b. Conversely, the magnet 2 is provided with the protrusion, and the housing 3 is provided with the notch. It may be a structure. However, when the circumferential length of the magnet 2 is the same, the structure of the present embodiment in which the notch 2b is provided in the magnet 2 is preferable because the volume of the magnet 2 is suppressed. That is, since the magnetic material composing the magnet 2 is very expensive particularly in the case of rare earth, it is preferable that the volume of the magnet 2 is suppressed and the usage amount of the magnetic material is suppressed.

図1に示すように、ハウジング3には、シャフト7を貫通させ、シャフト7を挟み込んで固定するためのシャフト貫通孔35が形成される。また、図3に示すように、シャフト貫通孔35の径方向外側には、軸方向に沿って緩衝空間37が形成される。シャフト貫通孔35はシャフト7を挟み込んで固定するため、シャフト7の外形寸法に対して小さい寸法となるような公差を有して形成される。また、図1に示すように、シャフト貫通孔35の内壁の一部には、開口部に向かって突出量が減少するようなテーパーを有した線状突起33が形成され、シャフト7への当接力を向上させている。従って、シャフト7をハウジング3に貫通させた場合に、ハウジング3の中心部から径方向の外側に向かって機械的な応力が掛かる。この応力は、さらにハウジング3に一体化された磁石2に印加され、これにより、磁石2に歪みやひび、割れなどが生じて、角度検出装置の精度に大きな影響を与える可能性がある。緩衝空間37が設けられると、シャフト7からハウジング3に加わる機械的な応力が、緩衝空間37によって吸収され、磁石2へ印加される機械的応力が大きく軽減される。   As shown in FIG. 1, the housing 3 is formed with a shaft through-hole 35 for allowing the shaft 7 to pass therethrough and sandwiching and fixing the shaft 7. As shown in FIG. 3, a buffer space 37 is formed along the axial direction outside the shaft through hole 35 in the radial direction. Since the shaft through-hole 35 is sandwiched and fixed, the shaft through-hole 35 is formed with a tolerance that is smaller than the outer dimension of the shaft 7. In addition, as shown in FIG. 1, a linear protrusion 33 having a taper that reduces the amount of protrusion toward the opening is formed on a part of the inner wall of the shaft through hole 35, so Improve contact strength. Therefore, when the shaft 7 is penetrated through the housing 3, mechanical stress is applied from the center of the housing 3 toward the outside in the radial direction. This stress is further applied to the magnet 2 integrated with the housing 3, thereby causing distortion, cracking, cracking, and the like in the magnet 2, which may greatly affect the accuracy of the angle detection device. When the buffer space 37 is provided, the mechanical stress applied to the housing 3 from the shaft 7 is absorbed by the buffer space 37, and the mechanical stress applied to the magnet 2 is greatly reduced.

〔インサート成形〕
ハウジング3に対する磁石2の位置精度に対する要求仕様が、比較的低い場合には、インサート成形によって、磁石2とハウジング3とを一体成形してもよい。以下、図9(a)〜(e)を利用して、インサート成形について説明する。
〔Insert molding〕
When the required specification for the positional accuracy of the magnet 2 with respect to the housing 3 is relatively low, the magnet 2 and the housing 3 may be integrally formed by insert molding. Hereinafter, insert molding will be described with reference to FIGS.

〔磁石外形形成工程〕
便宜的に、図9(a)に示す工程を第1工程と称し、これに続いて実施される工程であり、図9(b)に示す工程を第2工程と称する。第1工程及び第2工程は、磁石2の外形を樹脂成形する工程であり、本発明の磁石外形形成工程に相当する。磁石2の形成は、上述したように「成形」に限らず、「焼結」によって実施することも可能なため、工程の名称としては、「磁石外形『形成』工程」と称する。本実施形態においては、磁石が樹脂成形により形成されるので、磁石外形形成工程は「磁石『成形』工程」ということもできる。
[Magnet outline forming process]
For convenience, the step shown in FIG. 9A is referred to as a first step, which is a subsequent step, and the step shown in FIG. 9B is referred to as a second step. The first step and the second step are steps for resin-molding the outer shape of the magnet 2 and correspond to the magnet outer shape forming step of the present invention. As described above, the formation of the magnet 2 is not limited to “molding”, but can be performed by “sintering”. Therefore, the name of the process is referred to as “magnet outer shape“ formation ”process”. In this embodiment, since the magnet is formed by resin molding, the magnet outer shape forming process can also be referred to as a “magnet“ molding ”process”.

第1工程及び第2工程は、図9(a)及び(b)に示すように、磁石用下型40Aと磁石用上型60Aとを用いて実施される。図9(a)に示すように、第1工程において、磁石用下型40Aと磁石用上型60Aとが組み合わされる。次に、磁石用下型40Aと磁石用上型60Aとを組み合わせた際に生じる空洞部44に、磁粉と樹脂材料とを混合した混合樹脂材料であるペレットが注入される。なお、当該樹脂材料は、ハウジング3を成形する際の樹脂材料と同じ組成のものを用いると好適である。上記ペレットが、空洞部44に充分に充填されると、第2工程において、圧力を掛け、充填されたペレットを冷却させて、磁石2の外形の成形が完了する(図9(b))。成形が完了した磁石2は、磁石用下型40Aから取り出される。   As shown in FIGS. 9A and 9B, the first step and the second step are performed using the lower magnet mold 40A and the upper magnet mold 60A. As shown in FIG. 9A, in the first step, the lower magnet mold 40A and the upper magnet mold 60A are combined. Next, a pellet, which is a mixed resin material obtained by mixing magnetic powder and a resin material, is injected into the hollow portion 44 generated when the lower magnet mold 40A and the upper magnet mold 60A are combined. Note that it is preferable to use the resin material having the same composition as that of the resin material for molding the housing 3. When the above-mentioned pellets are sufficiently filled in the cavity 44, pressure is applied in the second step to cool the filled pellets, thereby completing the shaping of the outer shape of the magnet 2 (FIG. 9B). The magnet 2 that has been molded is taken out from the lower magnet mold 40A.

インサート成形では、ハウジング3を成形する金型と、磁石2を成形する金型とを完全に独立させることが可能である。つまり、磁石2は、ハウジング3を成形するハウジング用金型(後述する符号50A、70A)を全く使用することなく成形される。従って、磁石2を成形する金型を非常に簡潔な構造とすることが可能である。   In insert molding, the mold for molding the housing 3 and the mold for molding the magnet 2 can be completely independent. That is, the magnet 2 is molded without using any housing molds (reference numerals 50A and 70A described later) for molding the housing 3. Therefore, the mold for molding the magnet 2 can have a very simple structure.

尚、本実施形態では、磁石2として、プラスチックマグネットを用いる例を示したが、インサート成形においては、焼結磁石を用いることも可能である。磁石2としてプラスチックマグネットではなく焼結磁石を用いるような場合には、界面における接着力はプラスチックマグネットと比べて低いものとなる。しかし、上述したように、ハウジング3には、軸方向、径方向、周方向のそれぞれに対する抜け止め機能が構成されている。従って、使用環境や要求仕様などに応じて、インサート成形によって図1〜図3に示すような回転部材1を生産しても構わない。   In the present embodiment, an example in which a plastic magnet is used as the magnet 2 has been shown, but a sintered magnet can also be used in insert molding. When a sintered magnet is used as the magnet 2 instead of a plastic magnet, the adhesive force at the interface is lower than that of the plastic magnet. However, as described above, the housing 3 is provided with a retaining function for each of the axial direction, the radial direction, and the circumferential direction. Therefore, you may produce the rotating member 1 as shown in FIGS. 1-3 by insert molding according to use environment, a required specification, etc. FIG.

〔ハウジング成形工程〕
便宜的に、図9(c)に示す工程を第3工程、これに続き、図9(d)に示す工程を第4工程、これに続き、図9(e)に示す工程を第5工程と称する。第4工程及び第5工程は、ハウジング3を磁石2と一体成形する工程であり、本発明のハウジング成形工程に相当する。第3工程は、第4工程及び第5工程の準備となる工程であるから、ハウジング成形工程に相当する。以下、第3工程〜第5工程をハウジング成形工程として説明する。ハウジング成形工程は、図9(c)〜(e)に示すように、ハウジング用下型50Aとハウジング用上型70Aとを用いて実施される。
[Housing molding process]
For convenience, the step shown in FIG. 9C is the third step, followed by the step shown in FIG. 9D as the fourth step, followed by the step shown in FIG. 9E as the fifth step. Called. The fourth and fifth steps are steps for integrally molding the housing 3 with the magnet 2 and correspond to the housing molding step of the present invention. Since the third step is a step that is a preparation for the fourth step and the fifth step, it corresponds to a housing molding step. Hereinafter, the third to fifth steps will be described as a housing molding step. As shown in FIGS. 9C to 9E, the housing molding process is performed using a housing lower mold 50A and a housing upper mold 70A.

磁石用下型40Aから取り出された磁石2は、第3工程においてハウジング用下型50Aに取り付けられる。この際、ハウジング用下型50Aと磁石2との間には、若干のクリアランスが設けられている。また、インサート成形においては、磁石成形用の金型(上型60A及び下型40A)と、ハウジング成形用の金型(上型70A及び下型50A)とは、共通して用いられないので、磁石2とハウジング用下型50Aの位置決めが必要である。磁石2には例えば位置決め用の係合切欠部29が設けられ、ハウジング用下型50Aには係合切欠部29と係合する係合突起部29Aが設けられる。   The magnet 2 taken out from the lower magnet mold 40A is attached to the lower housing mold 50A in the third step. At this time, a slight clearance is provided between the housing lower mold 50 </ b> A and the magnet 2. In insert molding, the magnet molding mold (upper mold 60A and lower mold 40A) and the housing molding mold (upper mold 70A and lower mold 50A) are not used in common. Positioning of the magnet 2 and the lower mold 50A for housing is necessary. For example, the magnet 2 is provided with an engaging notch 29 for positioning, and the housing lower die 50A is provided with an engaging protrusion 29A that engages with the engaging notch 29.

第4工程を説明する図9(d)に示すように、ハウジング用下型50Aへハウジング用上型70Aがセットされると、シャフト7に対応する突き出しピン52Aが、ハウジング用下型50Aからハウジング用上型70Aに密着するまで延出される。この突き出しピン52Aにより、ハウジング3にシャフト貫通孔35が形成される。尚、突き出しピン52Aは可動式のものでなくてもよい。   As shown in FIG. 9 (d) for explaining the fourth step, when the upper housing mold 70A is set on the lower housing mold 50A, the protruding pin 52A corresponding to the shaft 7 is moved from the lower housing mold 50A to the housing. It is extended until it comes into close contact with the upper mold 70A. A shaft through hole 35 is formed in the housing 3 by the protruding pin 52A. The protruding pin 52A may not be movable.

続いて、ハウジング用下型50Aとハウジング用上型70Aとが組み合わされた際に形成される空洞56Aに、樹脂材料により構成されたペレットが注入される。上記ペレットが、上記空洞部56Aに充分に充填されると、圧力を掛け、ペレットを冷却させて、磁石2と一体化されたハウジング3の成形を完了する(図9(e))。これにより、磁石2とハウジング3とが一体化された回転部材1が成形される。   Subsequently, pellets made of a resin material are injected into a cavity 56A formed when the lower housing mold 50A and the upper housing mold 70A are combined. When the pellet is sufficiently filled in the hollow portion 56A, pressure is applied to cool the pellet to complete the molding of the housing 3 integrated with the magnet 2 (FIG. 9 (e)). Thereby, the rotating member 1 in which the magnet 2 and the housing 3 are integrated is formed.

〔磁化工程〕
図1に示すように、回転部材1(ハウジング3)には、磁化の際の基準となる磁化用マーカ31が形成される。また、シャフト7の取り付け時や、シャフト7に取り付けられた後の基準となる位置マーカ32も形成される。上記第1工程〜第5工程を経て成形された回転部材1は、磁化用マーカ31を基準として公知の着磁用治具(不図示)にセットされ、磁石2が着磁される。以上、磁石外形形成工程、ハウジング成形工程、磁化工程を経て、シャフト7に対して簡潔且つ確実に磁石2が固定された回転部材1を得ることができる。
[Magnetization process]
As shown in FIG. 1, a magnetization marker 31 serving as a reference for magnetization is formed on the rotating member 1 (housing 3). Further, a position marker 32 serving as a reference when the shaft 7 is attached or after being attached to the shaft 7 is also formed. The rotating member 1 formed through the first to fifth steps is set on a known magnetization jig (not shown) with the magnetization marker 31 as a reference, and the magnet 2 is magnetized. As described above, the rotating member 1 in which the magnet 2 is fixed to the shaft 7 simply and reliably can be obtained through the magnet outer shape forming process, the housing molding process, and the magnetization process.

以上、説明したように、本発明によって、磁石の回転による回転磁場に基づいて回転を検出する回転検出装置において、回転軸に対して簡潔且つ確実に磁石を固定する技術を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a technique for simply and reliably fixing a magnet to a rotation shaft in a rotation detection device that detects rotation based on a rotating magnetic field generated by rotation of a magnet. Become.

1:回転部材
2:磁石
3:ハウジング
50:下型(ハウジング金型)
60:第1の上型
70:第2の上型(ハウジング金型)
50A:ハウジング用下型
70A:ハウジング用上型
1: Rotating member 2: Magnet 3: Housing 50: Lower mold (housing mold)
60: First upper mold 70: Second upper mold (housing mold)
50A: Lower mold for housing 70A: Upper mold for housing

Claims (3)

回転部材の周囲に形成される磁場の変化に基づいて、当該回転部材の回転角度を含む回転状態を検出する回転検出装置であって、
前記回転部材は、
前記回転部材の径方向外側に向かってN極性を示すN極領域、及び前記回転部材の径方向外側に向かってS極性を示すS極領域が、前記回転部材の回転中心の周りに交互に形成される磁石と、
前記磁石を保持して、前記磁石と一体に樹脂成形されるハウジングと、を有する回転検出装置。
A rotation detection device that detects a rotation state including a rotation angle of the rotation member based on a change in a magnetic field formed around the rotation member,
The rotating member is
N pole regions showing N polarity toward the radially outer side of the rotating member and S pole regions showing S polarity toward the radially outer side of the rotating member are alternately formed around the rotation center of the rotating member. With magnets,
A rotation detection device comprising: a housing that holds the magnet and is resin-molded integrally with the magnet.
前記磁石は、樹脂材料に磁性体材料を混合して樹脂成形されるプラスチックマグネットである請求項1に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to claim 1, wherein the magnet is a plastic magnet formed by mixing a resin material with a magnetic material. 前記N極領域及び前記S極領域が、前記回転部材の回転中心を中心とする扇形の範囲に設けられている請求項1または2に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to claim 1, wherein the N pole region and the S pole region are provided in a fan-shaped range centering on a rotation center of the rotating member.
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