JP2020187025A - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石と、この永久磁石の磁束を検知する磁気センサとによって回転角を検出する回転角検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detecting device that detects a rotation angle by a permanent magnet and a magnetic sensor that detects the magnetic flux of the permanent magnet.
上記構成の回転角検出装置として、特許文献1には、回転体の端部に対象にN極とS極とが配置された永久磁石(文献ではマグネット)と、永久磁石に対向する位置に配置された2つの巨大磁気抵抗効果素子とを有し、2つの巨大磁気抵抗効果素子に作用する磁束の向きを正弦波信号と余弦波信号として出力する構成が記載されている。
As a rotation angle detection device having the above configuration,
この特許文献1では、2つの巨大磁気抵抗効果素子が永久磁石の磁束の向きを互いに90°異なる角度で検知して、正弦波信号と余弦波信号との二相信号として出力するように構成され、二相信号から回転角の検出を可能にしている。
In
また、特許文献2には、磁界発生として回転軸に一対の磁石を備えることにより第1の印加磁界と第2の印加磁界とが形成される回転磁界センサが開示されている。この一対の磁石に挟まれる位置に第1の印加磁界を検出する第1の検出部と、第2の印加磁界を検出する第2の検出部とが配置された構成が記載されている。
Further,
この特許文献2では、第1の検出部が異なる位相の検出信号を出力する第1の検出回路と第2の検出回路とを有している。また、第2の検出部が異なる位相の検出信号を出力する第3の検出回路と第4の検出回路とを有している。この構成では、外部から回転磁界以外のノイズ磁界が作用した場合には、4つの検出回路からの信号に基づき演算式によりノイズの除去を可能にするものである。
In
また、回転角検出装置ではないが、特許文献3には、複数のホール素子を用いて感磁部を構成し、この感磁部に作用する不必要な磁束成分のキャンセルを可能にする磁気センサが開示されている。
Further, although it is not a rotation angle detection device,
例えば、自動車等の車両においてブレーキペダルの踏み込み量を取得するために回転角検出装置を用いることを考えると、回転角検出装置で検出可能な角度は大きいほど望ましい。 For example, considering that a rotation angle detection device is used to acquire the amount of depression of the brake pedal in a vehicle such as an automobile, it is desirable that the angle that can be detected by the rotation angle detection device is larger.
また、磁束の確実な検出を可能にするために、単一の永久磁石と、この永久磁石の相対回転角を検出する複数の磁気センサとを用い、例えば、1つ磁気センサが故障した場合でも他の磁気センサで検出される信号を用いることも考えられる。 Further, in order to enable reliable detection of magnetic flux, a single permanent magnet and a plurality of magnetic sensors for detecting the relative rotation angle of the permanent magnets are used, for example, even if one magnetic sensor fails. It is also conceivable to use a signal detected by another magnetic sensor.
特許文献3に記載されている磁気センサは、一対のホール素子からの信号の差分を取るものであるため、例えば、X−X方向に配置された一対のホール素子については、一方に作用する磁束の方向と、他方のホール素子に作用する磁束の方向とは逆方向である必要がある。これと同様に、Y−Y方向に配置された一対のホール素子に対しても逆方向に磁束が作用することが必要となる。
Since the magnetic sensor described in
特に、この構成の磁気センサは、2つのホール素子の電圧の差分を取るため、例えば、一対のホール素子に外部から一方向に磁気ノイズ(磁束)が作用した場合には、差分を取る演算により、磁気ノイズのキャンセルが実現する。 In particular, since the magnetic sensor having this configuration takes the difference between the voltages of the two Hall elements, for example, when magnetic noise (magnetic flux) acts on the pair of Hall elements in one direction from the outside, the difference is taken by the calculation. , Magnetic noise cancellation is realized.
このような理由から、磁気ノイズのキャンセルが可能な磁気センサを複数用いることにより大きい角度の検出が可能で、検出不能に陥り難い装置が求められる。 For this reason, there is a need for a device that can detect a larger angle by using a plurality of magnetic sensors capable of canceling magnetic noise and is less likely to fall into undetectable state.
本発明に係る回転角検出装置の特徴構成は、永久磁石と、前記永久磁石に対向配置され、前記永久磁石の磁束を検出する複数の磁気センサと、が軸芯を中心に相対回転自在に備えられ、前記永久磁石は、前記軸芯に直交する平面を平行な複数の仮想直線で4極以上に分割された磁極面を有しており、前記磁気センサは、外乱磁界をキャンセルする機能を有しており、前記永久磁石の磁束に基づいて前記永久磁石との相対的な回転角を算出するように構成され、複数の前記磁気センサは同一平面上に並列配置されており、前記永久磁石は、前記磁気センサに対して相対回転する範囲において、4極以上の磁極の並列方向と複数の前記磁気センサの配置方向とが平行になりうる点にある。 The characteristic configuration of the rotation angle detection device according to the present invention is that a permanent magnet and a plurality of magnetic sensors arranged opposite to the permanent magnet and detecting the magnetic flux of the permanent magnet are provided so as to be relatively rotatable around the axis. The permanent magnet has a magnetic pole surface in which a plane orthogonal to the axis is divided into four or more poles by a plurality of virtual straight lines parallel to the axis, and the magnetic sensor has a function of canceling a disturbance magnetic field. The permanent magnets are configured to calculate the relative rotation angle with respect to the permanent magnets based on the magnetic flux of the permanent magnets, and a plurality of the magnetic sensors are arranged in parallel on the same plane. In the range of rotation relative to the magnetic sensor, the parallel direction of the magnetic poles having four or more poles and the arrangement direction of the plurality of magnetic sensors can be parallel.
この特徴構成によると、永久磁石が、4極以上に分割された磁極面を有しており、永久磁石と複数の磁気センサとが相対回転する際に、4極以上の磁極の並列方向と複数の前記磁気センサの配置方向とが平行になりうるように構成されている。この構成から、永久磁石と複数の磁気センサとが相対回転した場合には、1つの磁気センサに対して1つのN極と1つのS極とを対応させた形態での相対的な回転角の検出が可能となる。また、磁気センサは、特許文献3に記載したものと同様に外乱磁界をキャンセルする機能を有しているため、外部から外乱磁界が作用する場合でも誤検出を招くことがない。また、この構成によると、磁気センサが正常時には回転角の算出値が全て同じ値になるので、回転角の算出値が異なる値になったときには、いずれかの磁気センサが故障したことを検知することができる。このような場合でも、複数の磁気センサを用いているため、依然として正しい回転角の検出が可能となる。
従って、磁気ノイズのキャンセルが可能な磁気センサを複数用いることにより大きい角度の検出が可能で、検出不能に陥り難い装置が構成された。
According to this characteristic configuration, the permanent magnet has a magnetic pole surface divided into four or more poles, and when the permanent magnet and the plurality of magnetic sensors rotate relative to each other, the parallel direction of the four or more poles and the plurality of magnetic poles It is configured so that the arrangement direction of the magnetic sensor can be parallel to the above. From this configuration, when the permanent magnet and the plurality of magnetic sensors rotate relative to each other, the relative rotation angles in the form in which one N pole and one S pole correspond to one magnetic sensor. Detection is possible. Further, since the magnetic sensor has a function of canceling the disturbance magnetic field as described in
Therefore, by using a plurality of magnetic sensors capable of canceling magnetic noise, it is possible to detect a larger angle, and a device that is unlikely to fall into undetectable is configured.
他の構成として、前記磁気センサが、前記軸芯に直交する姿勢の検知面の第1方向に沿って配置される一対の磁電変換素子と、前記検知面において前記第1方向と異なる第2方向に沿って配置される他の一対の磁電変換素子とを有し、前記磁気センサは、2組の一対の前記磁電変換素子のそれぞれに前記永久磁石の磁束が作用する状況において、一対の前記磁電変換素子のうち一方の前記磁電変換素子から磁束に応じて発生する電圧と他方の前記磁電変換素子から磁束に応じて発生する電圧との差分から磁気検出信号を出力し、且つ、前記第1方向に沿って配置される一対の前記磁電変換素子の前記磁気検出信号と、前記第2方向に沿って配置される一対の前記磁電変換素子の前記磁気検出信号との位相差から、前記永久磁石との相対的な回転角を算出するように構成され、一対の前記磁電変換素子のうち一方の前記磁電変換素子と他方の前記磁電変換素子とには、前記永久磁石が前記磁気センサに対して相対回転する範囲において、常に異なる極性の磁束が作用しても良い。 As another configuration, the magnetic sensor has a pair of magnetic electric conversion elements arranged along a first direction of a detection surface having a posture orthogonal to the axis, and a second direction different from the first direction on the detection surface. The magnetic sensor has another pair of magnetic electric conversion elements arranged along the above, and the magnetic sensor has a pair of the magnetic electric powers in a situation where the magnetic flux of the permanent magnet acts on each of the two pairs of the magnetic electric conversion elements. A magnetic detection signal is output from the difference between the voltage generated in response to the magnetic flux from one of the conversion elements and the voltage generated in response to the magnetic flux from the other magnetic conversion element, and the first direction. From the phase difference between the magnetic detection signal of the pair of magnetic electric conversion elements arranged along the second direction and the magnetic detection signal of the pair of magnetic electric conversion elements arranged along the second direction, the permanent magnet The permanent magnet is relative to the magnetic sensor in one of the pair of magnetic conversion elements, the magnetic conversion element and the other magnetic conversion element, so as to calculate the relative rotation angle of the magnetic flux. Magnetic fluxes of different polarities may always act in the rotating range.
これによると、第1方向に沿って配置された一対の磁電変換素子の電圧の差分から磁気検出信号を取得し、第2方向に沿って配置された一対の磁電変換素子の電圧の差分によって磁気検出信号を取得し、これらの磁気検出信号の位相差によって永久磁石と磁気センサとの回転角を算出できる。また、永久磁石が磁気センサに対して相対回転する範囲において、一方の磁電変換素子と他方の磁電変換素子とには、常に異なる極性の磁束が作用するため複雑な回路を備えることや、複雑な演算を行うことなく、確実に回転角の検出が可能となる。 According to this, the magnetic detection signal is acquired from the voltage difference of the pair of magnetic and electric conversion elements arranged along the first direction, and the magnetism is obtained by the voltage difference of the pair of magnetic and electric conversion elements arranged along the second direction. The detection signals can be acquired, and the rotation angle between the permanent magnet and the magnetic sensor can be calculated from the phase difference between these magnetic detection signals. Further, in the range in which the permanent magnet rotates relative to the magnetic sensor, one magnetron conversion element and the other magnetron conversion element are always provided with a complicated circuit because magnetic fluxes of different polarities act on them. The rotation angle can be reliably detected without performing any calculation.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図1〜図3に示すように、ハウジング10と、ホルダ20と、回転部材30と、カバー40とを備えて回転角検出装置Aが構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Basic configuration]
As shown in FIGS. 1 to 3, the rotation angle detecting device A includes a
回転角検出装置Aは、ハウジング10とホルダ20とが連結することでこれらの間に形成される密封空間Tに、検出基板14が収容されている。回転部材30は、ホルダ20とカバー40との間に配置され、ホルダ20とカバー40とが連結されることにより、軸芯Pに沿う方向で移動不能で、軸芯Pを中心に回転自在に支持される。
In the rotation angle detection device A, the
ホルダ20は、密封空間Tを閉じる位置に隔壁部21を備えている。回転部材30のうち軸芯Pに沿う方向での一方の端部に単一の永久磁石Mを備えており、この永久磁石Mを検出基板14に近接させるため回転部材30が隔壁部21に近接配置されている。更に、回転部材30には径方向の外方に突出するアーム35を備えており、回転部材30のうち永久磁石Mが配置された端部と反対側のスプリング収容空間33にトーション型のリターンスプリング36が収容されている。
The
この回転角検出装置Aは、自動車等の車両においてアクセルペダルやブレーキペダル等が踏み込み操作された際に、ペダル等の操作角度を検出するため車体に備えられる。また、車体に備えた状態では図1に示すようにペダル等に備えられた当接部材50が回転部材30のアーム35の外端の当接部35aに当接する。
The rotation angle detection device A is provided on the vehicle body to detect the operation angle of the pedal or the like when the accelerator pedal, the brake pedal or the like is depressed in a vehicle such as an automobile. Further, in the state of being mounted on the vehicle body, as shown in FIG. 1, the
この状態でペダルが踏み込み操作され、当接部材50が変位した場合には、この変位に伴いアーム35と一体的に回転部材30が軸芯Pを中心に回転操作される。この回転操作は、リターンスプリング36の付勢力に抗する方向であり、回転部材30の回転角を検出基板14の磁気センサMSで検出することによりペダルの踏み込み角の検出が実現される。この後に、ペダル操作が解除された場合に、リターンスプリング36の付勢力により回転部材30は初期姿勢Ra(図5を参照)に復帰する。検出形態の詳細は後述する。
When the pedal is depressed and the
〔ハウジング、ホルダ、回転部材、カバー〕
ハウジング10と、ホルダ20と、回転部材30と、カバー40とは樹脂で形成され、アーム35は金属で形成されている。ハウジング10とホルダ20とは超音波溶着や接着剤を用いる接着の技術によって一体化されている。また、ホルダ20とカバー40とは超音波溶着や接着剤を用いる接着の技術によって一体化され、回転部材30は、軸芯Pに沿う方向でホルダ20とカバー40との間に挟み込まれている。
[Housing, holder, rotating member, cover]
The
ハウジング10は、前述した密封空間Tを作り出す凹状部を有し、この凹状部を取り囲む外壁部11と、コネクタ部12とが一体形成されている。また、凹状部とコネクタ部12との間に導体で成るリード部13が埋め込まれている。このリード部13のうち、凹状部の内部に配置される検出側端子13aが検出基板14の回路に電気的に接続されている。これに対し、リード部13のうちコネクタ部12の内部に配置される出力側端子13bがコネクタ部12の内部に露出している。
The
ホルダ20の隔壁部21は、ハウジング10の凹状部に一部を嵌め込む形態で、この凹状部を閉塞し、回転角検出装置Aが組み立てられた状態で軸芯Pに対して直交する姿勢となる。この隔壁部21の外周部に連結壁部22が形成され、この連結壁部22に対してハウジング10の外壁部11が溶着や接着等の技術によって接合されている。隔壁部21のうち回転部材30に対向する部位には、円形の平滑面21Sが形成されている。
The
更に、平滑面21Sを取り囲む領域に軸芯Pを中心とする円環状の環状フレーム部23が形成され、この環状フレーム部23より外方にカバー40に接合する保持部24が形成されている。環状フレーム部23に対して、回転部材30のうち永久磁石Mが配置された側の端部を回転自在に収容されている。また、保持部24の内周に接触するようにカバー40の側壁部41が配置され、これらが溶着や接着により一体化される。
Further, an
特に、図2に示すように、ホルダ20のうち、保持部24から外方に突出するように一対のフランジ部25が形成されている。このフランジ部25は、ボルト挿通孔を有しており、回転角検出装置Aを車体に装着する際にはボルト挿通孔に挿通するボルトにより車体に締結固定される。
In particular, as shown in FIG. 2, a pair of
図1〜図3に示すように、回転部材30は、軸芯Pを中心とする円盤状で、隔壁部21に面する部位に永久磁石Mがインサートされ、カバー40に面する部位にスプリング収容空間33が形成されている。このスプリング収容空間33にはリターンスプリング36の一端に係合する第1支持軸34が形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the rotating
回転部材30は、環状フレーム部23に対して回転自在に嵌り込む回転支持部31が、軸芯Pに沿う方向での一端側に形成され、この回転支持部31のうち隔壁部21に対向する端部位置に軸芯Pに直交する姿勢で当接面31Sが形成されている。
In the
また、回転部材30は、回転支持部31に連なる大径部32が形成され、この大径部32にアーム35の基端部がインサートされている。尚、アーム35は、延出部分を折り曲げて当接部35aが形成されている。また、図1に示すように、アーム35の基端部にインサートされた部位の外周面を抱き込むようにカバー40の側壁部41が配置される。
Further, the rotating
更に、カバー40は、回転部材30のうちスプリング収容空間33が形成された側の端部が回転自在に嵌り込む支持凹部42を有している。この支持凹部42に対してリターンスプリング36の他端が係合する第2支持軸43が形成されている。
Further, the
このような構成から、回転角検出装置Aは、回転部材30の回転支持部31がホルダ20の環状フレーム部23に嵌め込まれ、且つ、この回転支持部31の当接面31Sが隔壁部21に接触する。また、回転部材30のうち永久磁石Mと反対側の端部にカバー40が当接する。更に、回転部材30の大径部32の外周に側壁部41の内周が接触する。これにより、回転部材30は、軸芯Pに沿う方向で変位が規制される状態で、軸芯Pを中心に回転自在に支持される。
From such a configuration, in the rotation angle detection device A, the
尚、スプリング収容空間33にリターンスプリング36を収容する際に、その一端を第1支持軸34に係合させ、リターンスプリング36の他端を第2支持軸43に係合させることにより、回転部材30を初期姿勢Ra(図5を参照)に戻す付勢力を得る。
When accommodating the
〔磁気センサ〕
図3、図5〜図7に示すように、永久磁石Mは全体的に矩形であり、軸芯Pに直交する姿勢の仮想平面を平行な複数(この実施形態では3つ)の仮想直線で分割した磁極面を有し、磁極面の分割された4つの領域にN極とS極とが交互に配置されている。同図には、N極に「N」の符号を付し、S極に「S」の符号を付している。つまり、永久磁石Mは、矩形となる単一の強磁性体の所定の面を磁極面とし、この磁極面に互いに平行となる姿勢の仮想直線で分割し、分割された領域にN極とS極とが交互に現れるように着磁したものである。尚、永久磁石Mとして、フェライト磁石、アルニコ磁石、ネオジム磁石、プラスチック磁石等を用いることができる。
[Magnetic sensor]
As shown in FIGS. 3, 5 and 7, the permanent magnet M is rectangular as a whole, and a plurality of (three in this embodiment) virtual straight lines having a posture orthogonal to the axis P are formed. It has a divided magnetic pole surface, and N poles and S poles are alternately arranged in four divided regions of the magnetic pole surface. In the figure, the N pole is marked with an "N" and the S pole is marked with an "S". That is, the permanent magnet M has a predetermined surface of a single rectangular ferromagnet as a magnetic pole surface, is divided by virtual straight lines having a posture parallel to the magnetic pole surfaces, and N poles and S are divided into divided regions. It is magnetized so that the poles appear alternately. As the permanent magnet M, a ferrite magnet, an alnico magnet, a neodymium magnet, a plastic magnet, or the like can be used.
図1〜図3に示すように、検出基板14のうち隔壁部21に対向する面に複数(この実施形態では2つ)磁気センサMSが、これらの磁気センサMSの検知面が、磁極面と平行姿勢となる同一平面に配置されている。この2つの磁気センサMSは、外乱磁界をキャンセルする機能を有しており、この2つの磁気センサMSは、永久磁石Mが図6に示す中間姿勢Rbにある状態で、永久磁石Mの磁極が並列する方向(同図で上下方向)と平行に配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of (two in this embodiment) magnetic sensor MSs are formed on the surface of the
つまり、図6に示すように、永久磁石Mを、軸芯Pを中心に回転させた際に、磁極を分割する複数の仮想直線と、2つの磁気センサMSが並ぶ方向とが垂直となり得るように位置関係が設定されている。 That is, as shown in FIG. 6, when the permanent magnet M is rotated about the axis P, the plurality of virtual straight lines that divide the magnetic poles and the direction in which the two magnetic sensor MSs are arranged can be perpendicular to each other. The positional relationship is set in.
図5〜図7に示すように、磁気センサMSは、検知面の第1方向(X−X)に沿って配置される一対の第1素子1(磁電変換素子の一例)と、この検知面において第1方向(X−X)に直交する方向(異なる方向の一例)の第2方向(Y−Y)に沿って配置される一対の第2素子2(磁電変換素子の一例)とを有している。この磁気センサMSでは、素子支持基材3に対して一対の第1素子1と、一対の第2素子2とをホール素子で形成した集積回路として構成されている。ホール素子は、磁束の大きさに応じた電圧が発生する素子である。
As shown in FIGS. 5 to 7, the magnetic sensor MS includes a pair of first elements 1 (an example of a magnetron conversion element) arranged along a first direction (XX) of a detection surface, and the detection surface. A pair of second elements 2 (an example of a magnetron conversion element) arranged along a second direction (YY) in a direction (an example of a different direction) orthogonal to the first direction (XX). doing. In this magnetic sensor MS, a pair of
尚、一対の第1素子1の間隔と、一対の第2素子2の間隔とは等しい距離に設定されている。この実施形態では、第1方向(X−X)に沿って配置される一対の素子を第1素子1と称しており、第2方向(Y−Y)に沿って配置される一対の素子を第2素子2と称している。第1素子1と第2素子2とは同じ構成のホール素子である。
The distance between the pair of
2つの磁気センサMSで取得した信号から永久磁石Mの回転角を演算する演算回路(図示せず)が検出基板14に備えられている。演算回路は、素子支持基材3に備えても良い。更に、磁気センサMSが、一対の第1素子1から発生する電圧と一対の第2素子2から発生する電圧の位相差から回転角を検出する回路を素子支持基材3に備えたICを用いても良い。
The
磁気センサMSの一対の第1素子1よる磁束の検出形態の概要を図4に示している。つまり、同図には、素子支持基材3にホール素子で成る一対の第1素子1が形成された構成を示している。一対の第1素子1によって磁束を検出する際に、永久磁石MのN極からの磁石磁束Fが一方(同図で左側)の第1素子1を同図において上から下に貫き、この磁石磁束Fが他方の第1素子1(同図で右側)を下から上に貫きS極に達する。
FIG. 4 shows an outline of the detection form of the magnetic flux by the pair of
また、一対の第1素子1と一対の第2素子2とがホール素子で形成されるため、図4に示すように第1素子1の検知面に対して角度αで傾斜する姿勢で磁石磁束Fが貫く場合には、第1素子を貫く磁束Bfのうち、第1素子1に対して垂直となる垂直成分Bvに対応した値の電圧が第1素子1に生ずる。
Further, since the pair of the
この構成では、一対の第1素子1のそれぞれの素子が永久磁石Mの磁束に貫かれる方向が逆であるため、一対の第1素子1の一方の電圧と、他方の第1素子の電圧とは逆電位となり、これらの電圧の差分となる磁気検出信号を求めることで、磁束の強さの検出を可能にしている。尚、一対の第2素子2においても同様に電圧の差分となる磁気検出信号を求めることで磁束の強さの検出を可能にしている。
In this configuration, since the directions in which each element of the pair of
特に、図4に示す検出形態では、例えば、一方の第1素子1と他方の第1素子とに等しく磁気ノイズ(磁束)が作用した場合でも、前述した差分を求めることにより、一方の第1素子1と他方の第1素子1とに作用する磁気ノイズが相殺され、結果として外乱磁界のキャンセル(除去)が実現する。このように外乱磁界をキャンセルする機能は一対の第2素子2にも備えられている。
In particular, in the detection mode shown in FIG. 4, for example, even when magnetic noise (magnetic flux) acts equally on one
この構成の磁気センサMSでは、前述したように第1方向(X−X)と第2方向(Y−Y)とが直交する位置関係にあり、図5〜図7に示すように磁気センサMSに対して永久磁石Mが軸芯Pを中心に回転した際には、一対の第1素子1で検出される磁気検出信号(磁束の変化)が正弦波(sine wave)として検出され、一対の第2素子2で検出される磁気検出信号(磁束の変化)が余弦波(cosine wave)として検出される。
In the magnetic sensor MS having this configuration, as described above, the first direction (XX) and the second direction (YY) are in an orthogonal positional relationship, and as shown in FIGS. 5 to 7, the magnetic sensor MS On the other hand, when the permanent magnet M rotates about the axis P, the magnetic detection signal (change in magnetic flux) detected by the pair of
これに基づき、第1素子1の検出値と、第2素子2検出値とに基づきアークタンジェント(arctan)を演算する(位相差を取る)ことにより磁気センサMSに対する永久磁石Mの回転角が取得される。これらの演算は演算回路で行われるが、前述したように、磁気センサMSとして、一対の第1素子1と一対の第2素子2との電圧から回転角を検出するための処理を実現する回路を素子支持基材3に備えたICとして構成されたものを利用することも可能である。
Based on this, the rotation angle of the permanent magnet M with respect to the magnetic sensor MS is acquired by calculating the arctangent (arctan) based on the detection value of the
前述したように、2つの磁気センサMSは、永久磁石Mが図6に示す中間姿勢Rbにある状態で、永久磁石Mの磁極が並列する方向(同図で上下方向)と平行に配置されている。特に、永久磁石Mが図6に示す中間姿勢Rbにある場合には、2つの磁気センサMSは、夫々の磁気センサMSの第2方向(Y−Y)を結ぶ仮想ライン(図示せず)が、永久磁石のN極とS極とが並列する方向に直交する姿勢となる。 As described above, the two magnetic sensor MSs are arranged in parallel with the direction in which the magnetic poles of the permanent magnets M are parallel (vertical direction in the figure) with the permanent magnets M in the intermediate posture Rb shown in FIG. There is. In particular, when the permanent magnet M is in the intermediate posture Rb shown in FIG. 6, the two magnetic sensor MSs have virtual lines (not shown) connecting the second directions (YY) of the respective magnetic sensor MSs. , The north and south poles of the permanent magnet are orthogonal to each other in the parallel direction.
永久磁石Mの、N極とS極との幅は等しく設定され、一対の第1素子1の間隔(一対の第2素子2の間隔に等しい)の1.5倍程度に設定されている。また、永久磁石Mは、図5に示す初期姿勢Raから、図7に示す限界姿勢Rcまでの角度が90°に設定されている。 The widths of the north and south poles of the permanent magnet M are set to be equal to each other, and are set to about 1.5 times the distance between the pair of first elements 1 (equal to the distance between the pair of second elements 2). Further, the angle of the permanent magnet M from the initial posture Ra shown in FIG. 5 to the limit posture Rc shown in FIG. 7 is set to 90 °.
2つの磁気センサMSの一対の第2素子2は、永久磁石Mが軸芯Pを中心に初期姿勢Raから限界姿勢Rcに達するまで回転した際に、対向する磁極が切り換わることはない。つまり、図5〜図7に示す上下方向に基づいて説明すると、永久磁石Mが回転しても上側の第2素子2は常にS極と対向し、下側の第2素子2はN極と対向する。
In the pair of
これに対して、永久磁石M(回転部材30)が軸芯Pを中心に回転する際に、回転角が中間姿勢Rb(45°程度)の角度の近傍において一対の第1素子1に対向する磁極が同時に切り換わるように構成されている。つまり、永久磁石Mが回転した場合には左側の第1素子1が対向する磁極がS極からN極に切り換わり、これと同時に右側の第1素子1が対向する磁極がN極からS極に切り換わる。このように一対の第1素子1および一対の第2素子とには、永久磁石Mにより磁極が切り換わるタイミングを除いて、常に異なる磁極の磁束が作用する。
On the other hand, when the permanent magnet M (rotating member 30) rotates about the axis P, the rotation angle faces the pair of
この回転角検出装置Aでは、2つの磁気センサMSの検出信号に基づいて回転部材30の回転角を検出しており、2つの磁気センサのMSの一方が故障した場合には、演算回路が他方の磁気センサMSで検出される回転角を選択できるように構成されている。
In this rotation angle detection device A, the rotation angle of the rotating
〔実施形態の作用効果〕
回転角検出装置Aは、磁気センサMSとして検知面にホール素子で成る一対の第1素子1を備え、一対の第1素子1が並ぶ方向と直交する方向にホール素子で成る一対の第2素子2を備えるため外部から作用する磁気ノイズの除去が可能となる。また、永久磁石Mが回転した場合に、一対の第1素子1で検出される磁気検出信号が正弦波で出力され、一対の第2素子2で検出される磁気検出信号が余弦波として出力されるため、2つの磁気検出信号の位相差から永久磁石Mの回転角の検出が可能となる。
[Action and effect of the embodiment]
The rotation angle detection device A includes a pair of
永久磁石Mが、その磁極面に対して複数の仮想直線で分割されN極とS極とが交互に配置される4つの磁極を形成しており、N極とS極との幅(並列方向での幅、図6では上下方向の幅)が一対の第1素子1の間隔(一対の第2素子2の間隔に等しい)の1.5倍程度に設定されている。更に、磁極が並ぶ方向(図6で上下方向)に沿って2つの磁気センサMSを並列して配置している。特に、2つの磁気センサMSの第2方向(Y−Y)を結ぶ仮想ラインが、永久磁石のN極とS極とが並列する方向に直交する姿勢で、且つ、軸芯Pと重複するように設定されている。 The permanent magnet M is divided by a plurality of virtual straight lines with respect to the magnetic pole surface to form four magnetic poles in which the north pole and the south pole are alternately arranged, and the width of the north pole and the south pole (parallel direction). (Width in the vertical direction in FIG. 6) is set to about 1.5 times the distance between the pair of first elements 1 (equal to the distance between the pair of second elements 2). Further, two magnetic sensors MS are arranged in parallel along the direction in which the magnetic poles are lined up (vertical direction in FIG. 6). In particular, the virtual line connecting the second directions (YY) of the two magnetic sensor MSs is oriented so as to be orthogonal to the direction in which the north and south poles of the permanent magnet are parallel to each other and overlap with the axis P. Is set to.
更に、永久磁石Mが回転した場合には、2つの磁気センサMSの一対の第1素子1に対して異なる磁極の磁束を作用させ、一対の第2素子2に対して異なる磁極の磁束を作用させうる構成を実現している。
Further, when the permanent magnet M is rotated, magnetic fluxes of different magnetic poles are applied to the pair of
具体的な検出形態として、例えば、ペダル操作に伴い、永久磁石Mが軸芯Pを中心に初期姿勢Raから回転を開始した場合には、2つの磁気センサMSにおいて等しく回転角を検出する。また、永久磁石Mの回転に伴い中間姿勢Rbの近傍に達した場合に、一対の第1素子1に対応する磁極が切り換わるものの、一対の第1素子1において、切り換わった後の磁極から回転角の検出を行える。その結果、永久磁石Mの回転を大きい角度の検出が可能となる。
As a specific detection mode, for example, when the permanent magnet M starts rotating from the initial posture Ra about the axis P with the pedal operation, the two magnetic sensors MS detect the rotation angle equally. Further, when the permanent magnet M reaches the vicinity of the intermediate posture Rb as the permanent magnet M rotates, the magnetic poles corresponding to the pair of
特に、本実施形態では、2つの磁気センサMSが正常時には回転角の算出値が同じ値になるように構成されているので、回転角の算出値が異なる値になったときには、どちらか一方の磁気センサMSが故障したことを検知することができる。このような場合でも、2つの磁気センサMSを用いているため、他方の磁気センサMSで検出される磁気検出信号に基づいて正しい回転角を検出することが可能となる。 In particular, in the present embodiment, the two magnetic sensors MS are configured so that the calculated values of the rotation angles are the same when they are normal. Therefore, when the calculated values of the rotation angles are different, one of them is used. It is possible to detect that the magnetic sensor MS has failed. Even in such a case, since the two magnetic sensor MSs are used, it is possible to detect the correct rotation angle based on the magnetic detection signal detected by the other magnetic sensor MS.
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い(実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している)。
[Another Embodiment]
The present invention may be configured as follows in addition to the above-described embodiment (those having the same functions as those in the embodiment are designated by the same number and reference numeral as those in the embodiment).
(a)図8、図9に示すように、永久磁石Mが、実施形態で説明した構成と同様に軸芯Pに直交する姿勢の仮想平面を平行な複数(この実施形態では3つ)の仮想直線で分割した磁極面を有している。分割して形成された4つの分割領域にN極とS極とを交互に配置している。同図には、N極に「N」の文字を付し、S極に「S」の文字を付している。 (A) As shown in FIGS. 8 and 9, the permanent magnets M have a plurality of (three in this embodiment) parallel virtual planes having a posture orthogonal to the axis P as in the configuration described in the embodiment. It has a magnetic pole plane divided by a virtual straight line. The north pole and the south pole are alternately arranged in the four divided regions formed by the division. In the figure, the letter "N" is attached to the north pole and the letter "S" is attached to the south pole.
また、この別実施形態(b)では、検出基板14に3つの磁気センサMSを備えている。つまり、この3つの磁気センサMSは、永久磁石Mが図9に示す中間姿勢Rbにある状態で、永久磁石Mの磁極が並列する方向と平行に配置されている。
Further, in the other embodiment (b), the
この別実施形態(b)の構成では、実施形態において検出可能となる回転角より少し小さい80°程度の範囲での回転角の検出が可能となる。このように、磁気センサMSの数は3つであっても良い。 In this configuration of the other embodiment (b), it is possible to detect the rotation angle in a range of about 80 °, which is slightly smaller than the rotation angle that can be detected in the embodiment. As described above, the number of magnetic sensor MSs may be three.
(b)永久磁石Mの磁極面に形成される磁極数を4つ以上に設定する。また、磁気センサMSを4つ以上用いる。このような構成でも磁気センサMSが故障した場合にも故障した磁気センサMSの信号を用いずに適正な検出信号を出力することも可能となる。 (B) The number of magnetic poles formed on the magnetic pole surface of the permanent magnet M is set to 4 or more. Further, four or more magnetic sensors MS are used. Even with such a configuration, even if the magnetic sensor MS fails, it is possible to output an appropriate detection signal without using the signal of the failed magnetic sensor MS.
(c)一対の第1素子1が配置される第1方向(X−X)と、一対の第2素子2が配置される第2方向(Y−Y)とは、軸芯Pに沿う方向視において必ずしも90°の角度で交差するものでなくても良く。例えば、60°で交差するように構成できる。
(C) The first direction (XX) in which the pair of
この別実施形態(c)のように一対の第1素子1と、一対の第2素子2が配置されるものであっても、一対の第1素子1の磁気検出信号と、一対の第2素子2の磁気検出信号との位相差に基づき回転角が演算によって求めることも可能である。
Even if the pair of
本発明は、永久磁石とこの永久磁石の磁束を検知する磁気センサとによって回転角を検出する回転角検出装置に利用することができる。 The present invention can be used in a rotation angle detection device that detects the rotation angle by a permanent magnet and a magnetic sensor that detects the magnetic flux of the permanent magnet.
1 第1素子(磁電変換素子)
2 第2素子(磁電変換素子)
M 永久磁石
MS 磁気センサ
P 軸芯
X−X 第1方向
Y−Y 第2方向
1 1st element (magnetron conversion element)
2 Second element (magnetron conversion element)
M Permanent magnet MS Magnetic sensor P Axis core XX 1st direction YY 2nd direction
Claims (2)
前記永久磁石に対向配置され、前記永久磁石の磁束を検出する複数の磁気センサと、
が軸芯を中心に相対回転自在に備えられ、
前記永久磁石は、前記軸芯に直交する平面を平行な複数の仮想直線で4極以上に分割された磁極面を有しており、
前記磁気センサは、外乱磁界をキャンセルする機能を有しており、前記永久磁石の磁束に基づいて前記永久磁石との相対的な回転角を算出するように構成され、
複数の前記磁気センサは同一平面上に並列配置されており、
前記永久磁石は、前記磁気センサに対して相対回転する範囲において、4極以上の磁極の並列方向と複数の前記磁気センサの配置方向とが平行になりうる回転角検出装置。 With permanent magnets
A plurality of magnetic sensors arranged opposite to the permanent magnet and detecting the magnetic flux of the permanent magnet,
Is provided so that it can rotate relative to the center of the shaft.
The permanent magnet has a magnetic pole surface in which a plane orthogonal to the axis is divided into four or more poles by a plurality of parallel virtual straight lines.
The magnetic sensor has a function of canceling a disturbance magnetic field, and is configured to calculate a rotation angle relative to the permanent magnet based on the magnetic flux of the permanent magnet.
The plurality of magnetic sensors are arranged in parallel on the same plane, and the plurality of magnetic sensors are arranged in parallel.
The permanent magnet is a rotation angle detecting device in which the parallel direction of magnetic poles having four or more poles and the arrangement direction of the plurality of magnetic sensors can be parallel in a range of relative rotation with respect to the magnetic sensor.
前記磁気センサは、2組の一対の前記磁電変換素子のそれぞれに前記永久磁石の磁束が作用する状況において、一対の前記磁電変換素子のうち一方の前記磁電変換素子から磁束に応じて発生する電圧と他方の前記磁電変換素子から磁束に応じて発生する電圧との差分から磁気検出信号を出力し、且つ、前記第1方向に沿って配置される一対の前記磁電変換素子の前記磁気検出信号と、前記第2方向に沿って配置される一対の前記磁電変換素子の前記磁気検出信号との位相差から、前記永久磁石との相対的な回転角を算出するように構成され、
一対の前記磁電変換素子のうち一方の前記磁電変換素子と他方の前記磁電変換素子とには、前記永久磁石が前記磁気センサに対して相対回転する範囲において、常に異なる極性の磁束が作用する請求項1に記載の回転角検出装置。 The magnetic sensor is arranged along a pair of magnetron conversion elements arranged along a first direction of a detection surface having a posture orthogonal to the axis, and a second direction different from the first direction on the detection surface. With another pair of magnetron conversion elements
In the situation where the magnetic flux of the permanent magnet acts on each of the pair of pairs of magnetic and electrical conversion elements, the magnetic sensor is a voltage generated from one of the pair of magnetic and electrical conversion elements according to the magnetic flux. And the magnetic detection signal of the pair of magnetic and electrical conversion elements arranged along the first direction while outputting a magnetic detection signal from the difference between the magnetic and electrical conversion elements and the voltage generated in response to the magnetic flux. , The relative rotation angle with respect to the permanent magnet is calculated from the phase difference between the pair of magnetic electric conversion elements arranged along the second direction and the magnetic detection signal.
A claim that magnetic fluxes of different polarities always act on one of the pair of magnetron-converting elements and the other magnetron-converting element in a range in which the permanent magnet rotates relative to the magnetometer. Item 1. The rotation angle detecting device according to Item 1.
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