JP2743291B2 - 角加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、角加速度センサに関する。

［従来の技術］ 特開昭58−174855号公報に角加速度センサの従来例が
示されている。この公報に記載のセンサは、角加速度に
伴って質量体に生ずる回転力を用いてばねを変形させ、
そのばねの変形量を測定することにより角加速度を検出
するものであった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来のものは、ばねの変形量を計測するので、歪
ゲージを含む複雑な構成の測定機構を必須要素としてい
た。

本発明は、構造簡単で製作容易な角加速度センサを提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の角加速度センサは、上記目的を達成するた
め、運動体に固定される枠体と、軸を有し軸受を介して
該枠体に回転自在に装備された質量体と、上記質量体に
設けられた磁石と、枠体に設けられ上記質量体の磁石と
協働して質量体を枠体に対する基準回転位置に引き付け
る磁石と、上記枠体に設けられ上記質量体の磁石の位置
変化を電気信号に変換する磁電変換素子と、を備えたこ
とを特徴としている。

［作用］ 本発明のセンサで回転または揺動する運動体の角加速
度を検出する場合、質量体の回転軸線と運動体の回転
（揺動）軸線とを一致させるようにして、運動体に対し
枠体を固定する。この状態で運動体が回転（揺動）する
と、本発明のセンサ全体が一緒に回転（揺動）する。回
転（揺動）している際、質量体には運動体の角加速度に
応じた慣性モーメントが働く。そして、その慣性モーメ
ントと、質量体を基準位置に引き付ける磁力（枠体の磁
石と質量体の磁石との間に働く磁力）とのバランスによ
り、質量体の枠体に対する位置が決まる。

その位置の変化は、枠体側に設けた磁電変換素子と、
質量体側に設けた磁石との相対位置変化である。この位
置変化は磁電変換素子に対する磁束密度の変化として表
れる。したがって、磁電変換素子の電気的出力を測定す
ることにより、磁石の位置つまり質量体の変位量が分か
り、その変位量に基づいて運動体に作用する角加速度が
分かる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図及び第２図は実施例の角加速度センサの構成を
示している。図中Ｍは検知対象としての回転体（運動
体）、Ｌはその回転軸線である。１は実施例のセンサの
枠体であり、この枠体１は回転体Ｍの軸線Ｌ上に固定さ
れている。枠体１は、天壁1Aと底壁1Bとを有した円筒容
器状のもので、非磁性体で構成されている。そして内部
には、回転自在に質量体２が収容されている。

この質量体２は、角加速度を感知する部分であり、回
転抵抗の極めて小さな軸受３、３を介して、枠体１の天
壁1A及び底壁1B間に回転自在に支持されている。質量体
２は、軸2Aを有した非磁性の円板部2Bと、その外周に嵌
合されたリング状磁石とからなる。リング状磁石４は、
周方向にＮ極、Ｓ極が等間隔に順次形成されたもので、
磁極が４つある。

一方、枠体１の内周面には、周方向に180゜離間して
１対のステータ５、５が設けられている。各ステータ
５、５は枠体１の半径方向に磁化された磁石で構成され
ており、それぞれＮ極を内方に向けて取り付けられてい
る。そして、これにより質量体２のリング状磁石４の各
Ｓ極が吸引され、質量体２が枠体１の所定回転位置（＝
基準位置）に対して所定の力で付勢されている。

この場合、質量体２にある力が作用した場合の枠体１
に対する回転方向の変位と、変位を発生させる力との間
には一定の関係が成立する。よって、質量体２の基準位
置からの変位量を知れば、作用した力の大きさが分か
り、力の大きさが分かれば質量体２の質量が既知である
から角加速度を知ることができる。

そこで、枠体１の内周には、質量体２の回転方向の変
位量を検出するため、ホール素子（磁電変換素子）６が
設けられている。ホール素子６は、質量体２を構成する
リング状磁石４の外周に近接させて設けられており、リ
ング状磁石４による磁束密度分布に応じた出力を発生す
る。

この場合、リング状磁石４による磁束密度分布は、第
３図に示すようになる。すなわち、（ａ）に示すリング
状磁石４を（ｂ）のように展開すると、（ｃ）のように
Sinカーブ状の磁束密度分布を生じる。そこで、回転方
向の位置（角度θ）と磁束密度分布とが直線的な関係を
もつ範囲を利用範囲Ｈとして、この範囲にホール素子６
が常に位置するように、ホール素子６の位置を決めてい
る。

そうすることで、リング状磁石４が変位した際の、ホ
ール素子６の出力が第４図に示すように直線状となり、
この出力から容易にリング状磁石４の回転変位量つまり
質量体２の回転変位量を知ることができるようになる。
なお、実際には、Ｎ極とＳ極の境界付近の磁束密度分布
は不安定になり易いため、本実施例では、第１図に示す
ように、両極の磁界よりα゜（≒360゜÷磁極数÷４）
だけＮ極寄りにホール素子６を配置している。

上記構成の角加速度センサを用いる場合、質量体２の
回転軸線を回転体Ｍの回転軸線Ｌに一致させて、枠体１
を回転体Ｍに固定する。この状態で回転体Ｍが回転する
と、枠体１が回転し、枠体１に引っ張られるように質量
体２も回転する。回転している際、質量体２には回転体
Ｍに作用する角加速度に応じた慣性モーメントが働く。
そして、その慣性モーメントと、質量体Ｍを基準位置に
付勢しようとする磁力とのバランスにより、質量体２の
枠体１に対する位置が決まる。

質量体２が基準位置から外れると、ホール素子６を通
る磁束の密度が変化し、それに応答してホール素子６の
出力が変化する。よって、この出力変化を測定すること
により、リング状磁石６の変位量つまり質量体２の変位
量が分かり、その変位量に基づいて回転体Ｍに作用する
角加速度を知ることができる。

なお、上記実施例においては、ホール素子６をリング
状磁石４の磁極の境界から外しているが、境界の磁束密
度分布の安定性が得られるのであれば、第５図に示すよ
うに境界上に配置しても勿論よい。

さらに、磁電変換素子として、ホール素子を例示した
が、それ以外に磁気抵抗素子等を用いることもできる。

また、上記実施例においては、運動体が回転する場合
を示したが、本考案のセンサによれば、揺動運動する場
合にも当然角加速度を検出することができる。なお、上
記実施例のように回転中の物体の加速度を検出する場合
には、センサ自体が回転するので、ホール素子の出力
を、ブラシを用いたり、一旦光に変換してから外部に取
り出す必要がある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の角加速度センサは、磁
石と磁電変換素子を用いて質量体の変位量を検出するの
で、歪ゲージ式の測定機構が不要であり、構造が簡単
で、製作コストを低減することができる。また、質量体
を基準回転位置に引き付ける手段を、質量体の磁石と枠
体の磁石とで構成するので、構造が簡単で、製作コスト
を低減でき、しかも非接触状態の磁石間の磁力によって
質量体を引き付けるので、耐久性に富んでいる。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の一実施例の説明図で、第１図は実施例の
センサの平断面図、第２図は第１図のII−II矢視断面
図、第３図はリング状磁石の外周近傍における磁束密度
の分布を磁石を展開した状態で示す図、第４図は角加速
度とホール素子の出力の関係を示す図、第５図は本発明
の他の実施例の平断面図である。 Ｍ……回転体（運動体）、Ｌ……回転軸線、１……枠
体、２……質量体、４……リング状磁石、５……ステー
タ、６……ホール素子（磁電変換素子）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−174855（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−177232（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−172067（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−299467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−99584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−51781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−143782（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−195432（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−82168（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−224672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−80563（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運動体に固定される枠体と、軸を有し軸受
   を介して該枠体に回転自在に装備された質量体と、上記
   質量体に設けられた磁石と、枠体に設けられ上記質量体
   の磁石と協働して質量体を枠体に対する基準回転位置に
   引き付ける磁石と、上記枠体に設けられ上記質量体の磁
   石の位置変化を電気信号に変換する磁電変換素子と、を
   備えたことを特徴とする角加速度センサ。