JP5656900B2 - Rotation angle measuring device and rotating machine equipped with the rotation angle measuring device - Google Patents

Rotation angle measuring device and rotating machine equipped with the rotation angle measuring device Download PDF

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    • G01D2205/40Position sensors comprising arrangements for concentrating or redirecting magnetic flux

Description

本発明は磁気センサを用いた回転角計測装置及びこの回転角計測装置を備えた回転機械に係り、特に磁気センサの取り付け誤差を吸収して正確な回転角を得ることができる回転角計測装置及びこの回転角計測装置を備えた回転機械に関するものである。   The present invention relates to a rotation angle measuring device using a magnetic sensor and a rotary machine equipped with the rotation angle measuring device, and more particularly to a rotation angle measuring device capable of obtaining an accurate rotation angle by absorbing a mounting error of the magnetic sensor, and The present invention relates to a rotary machine equipped with this rotation angle measuring device.

回転体に磁石等で代表されるような磁束発生体を設置し、その磁束発生体が生成する磁束が届く範囲の位置に磁気センサを設置することで回転体の回転位置(回転角)が計測できることが知られている。具体的には、回転体が回転すると磁束発生体が生成する磁束の方向も回転するので、その磁束の方向を磁気センサで検出することで回転体の回転位置(回転角)が計測できるもので、これは回転角計測装置として多くの産業分野で使用されている。   A rotating body (rotation angle) is measured by installing a magnetic flux generator, such as a magnet, on the rotating body, and installing a magnetic sensor at a position where the magnetic flux generated by the magnetic flux generator can reach. It is known that it can be done. Specifically, when the rotating body rotates, the direction of the magnetic flux generated by the magnetic flux generator also rotates, so the rotational position (rotation angle) of the rotating body can be measured by detecting the direction of the magnetic flux with a magnetic sensor. This is used in many industrial fields as a rotation angle measuring device.

ここで、磁気センサを大別すると、磁界の強度に応じた信号を出力する磁界強度計測センサと、磁界の方向に応じた信号を出力する磁界方向計測センサとに分けられる。磁界方向計測センサは、ベクトルとしての磁界方向を計測することから、ベクトル型磁気センサとも呼ばれる。   Here, the magnetic sensors are roughly classified into a magnetic field strength measurement sensor that outputs a signal corresponding to the magnetic field strength and a magnetic field direction measurement sensor that outputs a signal corresponding to the magnetic field direction. The magnetic field direction measuring sensor is also called a vector type magnetic sensor because it measures the magnetic field direction as a vector.

磁界方向計測センサには、磁界感応素子として(1)ホール効果素子(Hall-effect element)を用いたものや、(2)磁気抵抗効果素子(Magneto-resistance element)を用いたものがある。以下その詳細を説明する。   Magnetic field direction measurement sensors include (1) a Hall-effect element and (2) a magneto-resistance element as a magnetic field sensitive element. The details will be described below.

まず、ホール効果素子自体は磁界強度に応じた信号を出力する素子である。しかし、複数個のホール効果素子を用いて、磁界強度の空間的な差分を測定し、磁界方向の余弦成分(COS成分)と正弦成分(SIN成分)とを検出することで磁界の方向に応じた信号が出力できる。このように磁界方向に応じた信号を出力するので、これは磁界方向計測センサであるといえる。   First, the Hall effect element itself is an element that outputs a signal according to the magnetic field strength. However, using a plurality of Hall effect elements, the spatial difference in magnetic field strength is measured, and the cosine component (COS component) and sine component (SIN component) in the magnetic field direction are detected, so that the direction of the magnetic field is met. Output signal. Thus, since the signal according to the magnetic field direction is output, it can be said that this is a magnetic field direction measurement sensor.

また、適切な形状の磁性体と複数個のホール効果素子を用いることで、磁界方向を計測するセンサもある。この型の磁気センサは、磁性体により磁界を集束させることにより磁界方向を磁界強度差に変換し、それを複数個のホール効果素子で計測する。これも磁界方向に応じた信号を出力するので、磁界方向計測センサであるといえる。   In addition, there is a sensor that measures the magnetic field direction by using a magnetic body having an appropriate shape and a plurality of Hall effect elements. This type of magnetic sensor converts a magnetic field direction into a magnetic field strength difference by converging a magnetic field with a magnetic material, and measures the difference with a plurality of Hall effect elements. Since this also outputs a signal corresponding to the magnetic field direction, it can be said to be a magnetic field direction measurement sensor.

このように、ホール効果素子で構成された、磁界方向に応じた信号を出力する磁界方向計測センサ型の磁気センサが各種知られている。   As described above, various types of magnetic sensors of a magnetic field direction measuring sensor that are configured by Hall effect elements and output a signal corresponding to the magnetic field direction are known.

次に、磁気抵抗素子は磁界の強度や磁界の方向に応じて電気抵抗が変化する素子である。磁気抵抗素子には、異方性磁気抵抗素子(Anisotropic Magneto-resistance、 以下「AMR素子」という)、巨大磁気抵抗素子(Giant Magneto-resistance、 以下「GMR素子」という)、トンネル磁気抵抗効果素子(Tunneling Magneto-resistance、 以下「TMR素子」という)などがある。   Next, the magnetoresistive element is an element whose electric resistance changes according to the strength of the magnetic field and the direction of the magnetic field. The magnetoresistive elements include anisotropic magnetoresistive elements (Anisotropic Magneto-resistance, hereinafter referred to as “AMR elements”), giant magnetoresistive elements (Giant Magneto-resistance, hereinafter referred to as “GMR elements”), tunnel magnetoresistive elements ( Tunneling Magneto-resistance (hereinafter referred to as “TMR element”).

AMR素子は磁界の方向と電流の方向とがなす角度に応じて電気抵抗が変化する。電流方向を変えた素子を適切に組み合わせることで、磁界角度に応じた信号を出力する。GMR素子は固定磁化層と自由磁化層とをスペーサ層を介して積層した構成である。固定磁化層のスピン方向(磁化方向)を変えた素子を適切に組み合わせることで、磁界角度に応じた信号を出力する。なお、固定磁化層を有するGMR素子は、スピン・バルブ(Spin-valve)型GMR素子とも呼ばれる。   The electrical resistance of the AMR element changes according to the angle formed by the direction of the magnetic field and the direction of the current. By appropriately combining elements with different current directions, a signal corresponding to the magnetic field angle is output. The GMR element has a configuration in which a fixed magnetic layer and a free magnetic layer are stacked via a spacer layer. A signal corresponding to the magnetic field angle is output by appropriately combining elements in which the spin direction (magnetization direction) of the fixed magnetization layer is changed. A GMR element having a fixed magnetic layer is also called a spin-valve type GMR element.

磁気センサを用いた回転角センサの利点のひとつは、非接触型であることである。非接触型とは、回転位置を検出する検出器であるセンサと回転体とが機械的に接触していないことを指しており、機械的に接触していないので回転体が高速回転しても、長期間にわたって使用しても機械的摩耗が発生せず信頼性が高いセンサが得られる。   One advantage of the rotation angle sensor using a magnetic sensor is that it is a non-contact type. The non-contact type means that the sensor that is a detector for detecting the rotational position and the rotating body are not in mechanical contact with each other. Even when used for a long period of time, mechanical wear does not occur and a highly reliable sensor can be obtained.

磁束発生体として多極着磁した磁石を用いた回転角センサが知られている。(2×p)極着磁磁石を用いると、磁石が1回転すると磁石の回転面内の磁界の方向はp回だけ回転する。例えばp=4の場合、すなわち8極磁石を用いた場合を考える。磁石が90°回転すると磁界方向は1回転する。したがって、磁界方向を計測して回転角を求めると、4倍の精度で回転角を計測できる。このように、多極着磁磁石を用いると、高精度の回転角計測装置が実現できる可能性があるという利点がある。   A rotation angle sensor using a multipolar magnetized magnet as a magnetic flux generator is known. When a (2 × p) pole magnetized magnet is used, the direction of the magnetic field in the rotation surface of the magnet rotates only p times when the magnet rotates once. For example, consider the case of p = 4, that is, the case of using an octupole magnet. When the magnet rotates 90 °, the magnetic field direction rotates once. Therefore, when the rotation angle is obtained by measuring the magnetic field direction, the rotation angle can be measured with four times the accuracy. Thus, when a multipolar magnetized magnet is used, there exists an advantage that a highly accurate rotation angle measuring device may be realizable.

しかしながら、多極磁石を用いた回転角計測装置では磁石の着磁誤差の影響を受けるという課題があった。磁石の着磁工程では、着磁した特性、すなわち磁石が生成する磁界分布に誤差が発生しやすい。   However, the rotation angle measuring device using a multipolar magnet has a problem that it is affected by the magnetizing error of the magnet. In the magnet magnetization process, an error is likely to occur in the magnetized characteristics, that is, the magnetic field distribution generated by the magnet.

ここで誤差には系統誤差と個体誤差とがある。系統誤差とは使用した着磁装置に固有の誤差で、理想的な磁界分布からのずれである。これは、同一の着磁工程(着磁ロット)では再現性のある誤差である。これに対し、個体誤差とは同一の着磁工程(着磁ロット)で製作しても個体ごとにばらつく誤差である。一般に、磁石の着磁誤差には系統誤差と個体誤差の両方が含まれる。   Here, errors include systematic errors and individual errors. The systematic error is an error inherent to the magnetizing apparatus used, and is a deviation from an ideal magnetic field distribution. This is a reproducible error in the same magnetization process (magnetization lot). On the other hand, the individual error is an error that varies from individual to individual even when manufactured in the same magnetization process (magnetization lot). In general, the magnetizing error of a magnet includes both a systematic error and an individual error.

磁気センサを用いた回転角計測装置では、磁束発生体の回転角と磁界角との間の関係に基づき、測定された磁界角を回転角に変換する。したがって、着磁誤差があると、回転角に計測誤差が生じるという問題がある。   In a rotation angle measuring device using a magnetic sensor, the measured magnetic field angle is converted into a rotation angle based on the relationship between the rotation angle of the magnetic flux generator and the magnetic field angle. Therefore, if there is a magnetization error, there is a problem that a measurement error occurs in the rotation angle.

この問題を除くため、着磁誤差を補正する回転角計測装置が特開2011−002311号公報(特許文献1)に開示されている。しかしながら、多極磁石の場合ではこの補正方法の適用に課題があった。この点を以下に説明する。   In order to eliminate this problem, a rotation angle measuring device that corrects a magnetization error is disclosed in Japanese Patent Laying-Open No. 2011-002311 (Patent Document 1). However, in the case of a multipolar magnet, there has been a problem in applying this correction method. This point will be described below.

(2×p)極磁石では、磁石の1回転の間に磁界方向はp回だけ回転する。尚、以下では磁石の回転角を「機械角」と称し、また、磁界の方向の角度を「磁界角」と称する。今、磁界角の1周期を「セクタ」と呼ぶことにする。すなわち、(2×p)極磁石が1回転した際の磁界角分布(プロファイル、磁界角と機械角との相互関係)は、p個のセクタがあり、理想的に着磁された磁石では各々のセクタ内の磁界角分布(磁界角と機械角との相互関係)は同一である。したがって、理想的に着磁された磁石の場合には、測定された磁界角から回転角を求めることができる。   In a (2 × p) polar magnet, the magnetic field direction rotates p times during one rotation of the magnet. In the following, the rotation angle of the magnet is referred to as “mechanical angle”, and the angle in the direction of the magnetic field is referred to as “magnetic field angle”. Now, one period of the magnetic field angle is called a “sector”. That is, the magnetic field angle distribution (profile, the correlation between the magnetic field angle and the mechanical angle) when the (2 × p) polar magnet makes one rotation has p sectors. The magnetic field angle distribution in the sector (correlation between magnetic field angle and mechanical angle) is the same. Therefore, in the case of an ideally magnetized magnet, the rotation angle can be obtained from the measured magnetic field angle.

しかしながら、着磁誤差があるとセクタ毎に磁界角分布が変化する。そのため、着磁誤差の補正関数はセクタ毎に変化する。このため、p個のセクタのうち、どのセクタに位置するかの情報がないと正しい補正関数が適用できないので、着磁誤差を正確に補正することができない。セクタ位置を判別するために別途、ホールセンサなどのセンサを設けることで正確な補正関数を選択することも可能である。しかし、別途センサを設けるとコストが増加するなどの問題がある。   However, if there is a magnetization error, the magnetic field angle distribution changes for each sector. For this reason, the correction function for the magnetization error varies from sector to sector. For this reason, a correct correction function cannot be applied if there is no information on which sector among the p sectors, so that the magnetization error cannot be corrected accurately. It is also possible to select an accurate correction function by separately providing a sensor such as a hall sensor in order to determine the sector position. However, if a separate sensor is provided, there is a problem that the cost increases.

これに対して、回転軸の方向に着磁された2極磁石と、一対の櫛歯状の磁性体ヨークとを組み合わせて多極磁石と同様の磁界分布を発生させる方法が特開平7−103790号公報(特許文献2)に述べられている。この方法では、一方の櫛歯ヨークがN極に帯磁し、他方の櫛歯がS極に帯磁するため、その2極磁石の側面では、N極とS極とが相互に入れ替わる磁界分布となり、多極着磁した磁石と似た磁界プロファイルとなる。この方式では、セクタの間隔およびセクタ内の磁界プロファイルは、櫛歯ヨークの機械的加工精度で決まるため、高精度な磁界プロファイルを実現できるという利点がある。   On the other hand, a method of generating a magnetic field distribution similar to that of a multipolar magnet by combining a dipole magnet magnetized in the direction of the rotation axis and a pair of comb-shaped magnetic yokes is disclosed in JP-A-7-103790. No. (Patent Document 2). In this method, one comb-teeth yoke is magnetized to the N pole, and the other comb tooth is magnetized to the S pole. Therefore, on the side surface of the two-pole magnet, a magnetic field distribution in which the N pole and the S pole are interchanged is obtained. The magnetic field profile is similar to a multipolar magnet. This method has an advantage that a high-precision magnetic field profile can be realized because the sector interval and the magnetic field profile in the sector are determined by the mechanical processing accuracy of the comb-shaped yoke.

特開2011−002311号公報JP 2011-002311 A 特開平7−103790号公報JP-A-7-103790

しかしながら、回転軸の方向に着磁された2極磁石と、一対の櫛歯状の磁性体ヨークとを組み合わせて多極磁石と同様の磁界分布を発生させる回転角計測装置を構成する方式では、後述するように、磁気センサの位置が軸方向に少しずれると計測される回転角の精度が大幅に劣化するという現象が新たに判明した。   However, in a method of configuring a rotation angle measurement device that generates a magnetic field distribution similar to that of a multipolar magnet by combining a dipole magnet magnetized in the direction of the rotation axis and a pair of comb-like magnetic yokes, As will be described later, a new phenomenon has been found that the accuracy of the measured rotation angle is greatly degraded when the position of the magnetic sensor is slightly shifted in the axial direction.

本発明の目的は、特許文献2に記載のような構成の回転角計測装置を対象に、磁気センサの設置位置の取り付け誤差による回転角の計測精度の劣化を吸収することができる回転角計測装置を提供することにある。   An object of the present invention is directed to a rotation angle measuring device having a configuration as described in Patent Document 2, and a rotation angle measuring device capable of absorbing deterioration in rotation angle measurement accuracy due to an installation error of a magnetic sensor installation position. Is to provide.

本発明の特徴は、N極側ヨークとS極側ヨークに対向し、磁石によって生じているN極からS極に向かう磁力線をバイパスして流すバイパス磁路形成体を設け、このバイパス磁路形成体の働きによって磁気センサに不要な磁界が影響するのを抑制するようにした、ところにある。   A feature of the present invention is that a bypass magnetic path forming body is provided which is opposed to the N pole side yoke and the S pole side yoke and flows by bypassing the magnetic field lines from the N pole to the S pole generated by the magnet. This is where an unnecessary magnetic field is prevented from affecting the magnetic sensor by the action of the body.

本発明によれば、バイパス磁路形成体によって回転軸方向の磁界成分をバイパスさせることで回転角情報を含む磁界成分を選択的に磁気センサで検知できるようになり、磁気センサの設置位置の取り付け誤差による回転角の計測精度の劣化を少なくすることができる。   According to the present invention, the magnetic field component including the rotation angle information can be selectively detected by the magnetic sensor by bypassing the magnetic field component in the rotation axis direction by the bypass magnetic path forming body, and the installation position of the magnetic sensor can be attached. It is possible to reduce deterioration in the measurement accuracy of the rotation angle due to an error.

一般の回転角計測装置の構成と磁石による磁界の発生状況を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of a general rotation angle measuring device, and the generation condition of the magnetic field by a magnet. 図1に示す磁界の水平方向成分と垂直方向成分を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the horizontal direction component and vertical direction component of the magnetic field shown in FIG. 本発明の一実施例になる回転角計測装置の構成と磁界の流れを説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes one Example of this invention, and the flow of a magnetic field. 図3に示す回転角計測装置で、(a)はZ軸(軸線)方向から見た上面図であり、(b)はその断面を示す断面図である。In the rotation angle measuring device shown in FIG. 3, (a) is a top view seen from the Z-axis (axis) direction, and (b) is a cross-sectional view showing a cross section thereof. 本発明の一実施例になる回転角計測装置による磁界角と回転角の相互関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the correlation of the magnetic field angle and rotation angle by the rotation angle measuring device which becomes one Example of this invention. 本発明の一実施例になる回転角計測装置と従来の回転角計測装置での磁界歪み誤差と設置位置のずれ量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the magnetic field distortion error in the rotation angle measuring device which becomes one Example of this invention, and the conventional rotation angle measuring device, and the deviation | shift amount of an installation position. 本発明の一実施例になる回転角計測装置と従来の回転角計測装置での磁界強度と設置位置のずれ量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the magnetic field intensity in the rotation angle measuring device which becomes one Example of this invention, and the conventional rotation angle measuring device, and the deviation | shift amount of an installation position. 本発明の他の実施例(第2の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (2nd Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施例(第3の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (3rd Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施例(第4の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (4th Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施例(第5の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (5th Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施例(第6の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (6th Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施例(第6の実施形態の変形例)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (modified example of 6th Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施例(第7の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (7th Embodiment) of this invention. 図14に示す実施例におけるバイパス磁路形成体と磁気センサの配置位置による磁界の関係を測定する地点を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the point which measures the relationship of the magnetic field by the arrangement position of the bypass magnetic path formation body and magnetic sensor in the Example shown in FIG. 図15に示すバイパス磁路形成体と磁気センサの配置位置による磁界の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship of the magnetic field by the arrangement position of the bypass magnetic path formation body shown in FIG. 15, and a magnetic sensor. 本発明の他の実施例(第8の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (8th Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施例(第9の実施形態)になる回転角計測装置の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the rotation angle measuring device which becomes the other Example (9th Embodiment) of this invention. 本発明になる回転角計測装置を電動機に組み付けた構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure which assembled | attached the rotation angle measuring device which becomes this invention to the electric motor. 図19に示す電動機に組み付けた回転角計測装置の変形例を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the modification of the rotation angle measuring device assembled | attached to the electric motor shown in FIG. 本発明になる回転角計測装置をトルク計測装置に組み付けた構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure which assembled | attached the rotation angle measuring device which becomes this invention to the torque measuring device. 本発明になる回転角計測装置を自動車の電動パワーステアリング装置に適用した構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure which applied the rotation angle measuring device which becomes this invention to the electric power steering apparatus of a motor vehicle. 本発明になる回転角計測装置を電動車両駆動装置に組み付けた構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure which assembled | attached the rotation angle measuring device which becomes this invention to the electric vehicle drive device. 一般に知られた回転角計測装置の構成を示し、(a)は全体構成図、及び(b)はその分解図である。The structure of the rotation angle measuring apparatus generally known is shown, (a) is an overall block diagram, and (b) is an exploded view thereof. 図24に示す回転角計測装置を構成する磁束発生体のヨーク突起の磁化状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetization state of the yoke protrusion of the magnetic flux generator which comprises the rotation angle measuring device shown in FIG. 図24に示す回転角計測装置の磁気センサの取り付け位置の違いによる磁界角と回転角の相互関係を示す特性図である。FIG. 25 is a characteristic diagram showing a correlation between a magnetic field angle and a rotation angle depending on a mounting position of a magnetic sensor of the rotation angle measuring device shown in FIG. バイパス磁路形成体の構成例の断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of the structural example of a bypass magnetic path formation body. バイパス磁路形成体と磁束発生体との配置関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning relationship between a bypass magnetic path formation body and a magnetic flux generator. バイパス磁路形成体のバイパス磁路内包空間を説明する図である。It is a figure explaining the bypass magnetic path inclusion space of a bypass magnetic path formation body.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明では複数の実施例を提案している。したがって、参照番号が同一のものは同一の構成要素、或いは同様の機能を有する構成要素を表しているものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but a plurality of embodiments are proposed in the present invention. Accordingly, components having the same reference numbers represent the same components or components having similar functions.

先ず、発明者らが見出した、センサ位置がずれると計測誤差が増大するという問題を図面にしたがい説明する。その後、発明者らが見出した、誤差が増大するメカニズムを図面にしたがい説明する。   First, the problem found by the inventors that the measurement error increases when the sensor position is shifted will be described with reference to the drawings. Subsequently, the mechanism found by the inventors to increase the error will be described with reference to the drawings.

図24は回転角計測装置80の構成を示している。図24の(a)において磁束発生体202は円環状の磁石211とこれも円環状の2個のヨーク215A、215Bとを有する。磁束発生体202は回転軸121に固定されている。尚、回転軸121の回転中心線226をZ軸とする。また、磁石211の厚み方向の中点位置をZ=0mm(基準点)と定義する。   FIG. 24 shows the configuration of the rotation angle measuring device 80. In FIG. 24A, the magnetic flux generator 202 has an annular magnet 211 and two annular yokes 215A and 215B. The magnetic flux generator 202 is fixed to the rotating shaft 121. The rotation center line 226 of the rotation shaft 121 is the Z axis. The midpoint position of the magnet 211 in the thickness direction is defined as Z = 0 mm (reference point).

磁石211は図24(b)にあるように回転軸121に沿った方向に着磁された2極着磁磁石である。ヨーク215A及びヨーク215Bは櫛歯状に形成された形状の磁性体である。図24の(b)のように、磁石211の上下からそれぞれヨーク215A、215Bをかぶせて磁束発生体202を構成する。磁石211の着磁の向きを上側をN極、下側をS極とすると、上側のヨーク215AはN極に磁化し、下側のヨーク215bはS極に磁化される。したがって、磁束発生体202の側面からみると、N極に磁化したヨーク突起216AとS極に磁化したヨーク突起216Bとが交互に配置される。このため、磁束発生体202の側面位置での磁界の水平方向成分(Z方向に直交するXY面内成分)は、多極着磁磁石と同様な磁界分布になる。   The magnet 211 is a two-pole magnetized magnet that is magnetized in the direction along the rotation axis 121 as shown in FIG. The yoke 215A and the yoke 215B are magnetic bodies having a comb-like shape. As shown in FIG. 24B, the magnetic flux generator 202 is configured by covering the yokes 215A and 215B from above and below the magnet 211, respectively. When the magnetization direction of the magnet 211 is N pole on the upper side and S pole on the lower side, the upper yoke 215A is magnetized to N pole, and the lower yoke 215b is magnetized to S pole. Therefore, when viewed from the side of the magnetic flux generator 202, the yoke protrusions 216A magnetized to the N pole and the yoke protrusions 216B magnetized to the S pole are alternately arranged. For this reason, the horizontal direction component (XY in-plane component orthogonal to the Z direction) of the magnetic field at the side surface position of the magnetic flux generator 202 has a magnetic field distribution similar to that of a multipolar magnetized magnet.

具体的には、一方のヨーク215Aに形成されたヨーク突起216Aの個数をNpとすると、磁束発生体202が1回転すると磁界の水平成分はNp回だけ回転する。すなわち、Np個のセクタを有する。これは、(Np×2)極に着磁した多極磁石に対応することになる。   Specifically, assuming that the number of yoke protrusions 216A formed on one yoke 215A is Np, the horizontal component of the magnetic field rotates Np times when the magnetic flux generator 202 rotates once. That is, it has Np sectors. This corresponds to a multipolar magnet magnetized with (Np × 2) poles.

図25に、Np=8の場合について、各ヨーク突起216A、216bの磁化の様子を図示した。図25はZ軸線(回転中心線226)の方向からヨーク突起216を見た断面図である。ヨーク215Aの円環部分や磁石211などは図示を省略した。図25においてX軸線上に磁気センサを配置し、磁束発生体202を1回転させると磁気センサ70の配置位置で磁界の水平方向成分が8回だけ回転することがわかる。   FIG. 25 illustrates the magnetization state of each of the yoke protrusions 216A and 216b when Np = 8. FIG. 25 is a cross-sectional view of the yoke protrusion 216 as viewed from the direction of the Z axis (rotation center line 226). The annular portion of the yoke 215A, the magnet 211, etc. are not shown. In FIG. 25, it can be seen that when the magnetic sensor is arranged on the X-axis and the magnetic flux generator 202 is rotated once, the horizontal component of the magnetic field is rotated only eight times at the position where the magnetic sensor 70 is arranged.

有限要素法による磁界計算を行い、磁束発生体202が回転した時の磁気センサ70の場所での水平方向(XY面内)磁界の方向を定量的に求めた。その結果を図26に示しており、実線は磁気センサ位置が磁石の厚み方向の中点位置であるZ=0mm(基準点)としての計算結果を示している。   The magnetic field calculation by the finite element method was performed, and the direction of the horizontal (in the XY plane) magnetic field at the location of the magnetic sensor 70 when the magnetic flux generator 202 rotated was quantitatively determined. The result is shown in FIG. 26, and the solid line shows the calculation result when Z = 0 mm (reference point) where the magnetic sensor position is the midpoint position in the magnet thickness direction.

図26では横軸が磁束発生体202の回転角(機械角)で、縦軸が磁気センサ位置での磁界の角度(磁界角)である。磁束発生体202を0〜180°の範囲で回転させると、磁界角は回転角(機械角)45°の周期で0〜360°の範囲を4回だけ回転する。すなわち、1セクタは45°周期であり、0〜180°の回転範囲で4セクタある。180〜360°の範囲も同じ形なので、磁束発生体202の1回転で8セクタの磁界角回転があることがわかる。   In FIG. 26, the horizontal axis represents the rotation angle (mechanical angle) of the magnetic flux generator 202, and the vertical axis represents the magnetic field angle (magnetic field angle) at the magnetic sensor position. When the magnetic flux generator 202 is rotated in the range of 0 to 180 °, the magnetic field angle rotates 4 times in the range of 0 to 360 ° with a period of 45 ° of rotation angle (mechanical angle). That is, one sector has a period of 45 ° and four sectors in a rotation range of 0 to 180 °. Since the range of 180 to 360 ° is the same, it can be seen that there is a rotation of the magnetic field angle of 8 sectors by one rotation of the magnetic flux generator 202.

回転角(機械角)0〜45°の1セクタ内での磁界角分布を考える。ここで、「磁界角分布」とは、磁束発生体の回転角(機械角)と、磁気センサ位置での磁界角度(磁界角)との相互関係を示している。   Consider a magnetic field angle distribution within one sector of a rotation angle (mechanical angle) of 0 to 45 °. Here, the “magnetic field angle distribution” indicates a correlation between the rotation angle (mechanical angle) of the magnetic flux generator and the magnetic field angle (magnetic field angle) at the magnetic sensor position.

理想的な磁界角分布は、1セクタ内では磁界角が0〜360°の範囲で直線的に変化するものである。つまり、図26の破線で示したように回転角0°から回転角45°の間で磁界角0°と磁界角360°を結んだ直線が理想直線である。回転角45°乃至回転角180°までも同様である。   The ideal magnetic field angle distribution is such that the magnetic field angle varies linearly in the range of 0 to 360 ° within one sector. That is, as shown by the broken line in FIG. 26, a straight line connecting the magnetic field angle 0 ° and the magnetic field angle 360 ° between the rotation angle 0 ° and the rotation angle 45 ° is an ideal straight line. The same applies to a rotation angle of 45 ° to a rotation angle of 180 °.

図26を見るとZ=0mmの場合は実線で表しているが理想直線から少しずれていることが分かる。この理想直線からのずれが磁界分布の誤差である。ここで、この理想直線からのずれを「磁界歪み誤差」と定義する。先に述べたように磁界歪み誤差には系統誤差と個体誤差とが含まれ、図26では磁界歪み誤差は±20°の範囲にある。±20°のずれは多極着磁磁石での磁界歪み誤差と同程度の大きさであり、適切な補正方法により補正することが可能である。   FIG. 26 shows that when Z = 0 mm, it is indicated by a solid line, but is slightly deviated from the ideal straight line. This deviation from the ideal straight line is the magnetic field distribution error. Here, the deviation from the ideal straight line is defined as “magnetic field distortion error”. As described above, the magnetic field distortion error includes a systematic error and an individual error. In FIG. 26, the magnetic field distortion error is in the range of ± 20 °. The deviation of ± 20 ° is as large as the magnetic field distortion error in the multipolar magnetized magnet, and can be corrected by an appropriate correction method.

次に、磁気センサ70をZ軸線上でZ=−0.5mmの位置に配置した場合の磁界角を調べた。その結果を図26に●印の点線で示した。磁界角は180°を中心に約±60°の範囲で変化しており、理想直線から大きくずれている。理想直線からのずれ(磁界歪み誤差)は最大180°に達する場合があり補正が困難な誤差量である。   Next, the magnetic field angle in the case where the magnetic sensor 70 is arranged at a position of Z = −0.5 mm on the Z axis was examined. The results are shown in FIG. The magnetic field angle changes in a range of about ± 60 ° centering on 180 °, and is greatly deviated from the ideal straight line. Deviation from the ideal straight line (magnetic field distortion error) may reach a maximum of 180 ° and is an error amount that is difficult to correct.

すなわち、磁気センサ70の設置位置が基準点(Z=0mm)から軸方向に0.5mmずれただけで磁界角の測定値から磁束発生体202の回転角を正確に計測することが出来ないようになる。   That is, the rotation angle of the magnetic flux generator 202 cannot be accurately measured from the measured value of the magnetic field angle only by shifting the installation position of the magnetic sensor 70 by 0.5 mm in the axial direction from the reference point (Z = 0 mm). become.

このように、櫛歯状のヨークと磁石とを組み合わせた磁束発生体を用いた回転角計測装置では、磁気センサの設置位置がわずかにずれると回転角の計測精度が大幅に劣化するという現象が生じるようになる。実際の回転機械等に用いる応用では設置誤差、つまり取り付け誤差が必ず生じるので、高精度の回転角計測が困難であるという課題が新たに生じるようになった。   As described above, in the rotation angle measuring apparatus using the magnetic flux generator combining the comb-shaped yoke and the magnet, the measurement accuracy of the rotation angle is greatly deteriorated if the installation position of the magnetic sensor is slightly shifted. It comes to occur. In an application used for an actual rotating machine or the like, an installation error, that is, an installation error always occurs, so that a new problem arises that it is difficult to measure the rotational angle with high accuracy.

上述したように、櫛歯状のヨークと磁石とを組み合わせた磁束発生体を用いた回転角計測装置では、磁気センサの設置位置が軸方向にわずかにずれると回転角の計測精度が大幅に劣化するという現象が生じるようになる。   As described above, in a rotation angle measurement device using a magnetic flux generator that combines a comb-shaped yoke and a magnet, if the installation position of the magnetic sensor is slightly shifted in the axial direction, the measurement accuracy of the rotation angle is greatly degraded. The phenomenon of doing comes to occur.

発明者等は磁気センサの設置位置が軸方向にわずかにずれると回転角の計測精度が大幅に劣化する原因を鋭意検討、調査した。その結果、以下の原因で設置位置によって回転角の検出精度が低下することを解明した。   The inventors diligently investigated and investigated the cause of a significant deterioration in the measurement accuracy of the rotation angle when the installation position of the magnetic sensor slightly shifted in the axial direction. As a result, it was clarified that the detection accuracy of the rotation angle was lowered depending on the installation position for the following reasons.

図1は回転角計測装置80のXZ断面での磁界方向の空間分布を模式的に示したものである。磁石211はZ軸方向(回転軸の中心軸線226の方向)に着磁した2極磁石なので、N極からS極に向かう磁力線250を放出している。図で示す矢印はその磁力線250の向きを示している。磁石211の対称性から、Z=0mmの位置ではこの磁力線250の方向は紙面において垂直方向、つまりZ軸方向とほぼ平行である。   FIG. 1 schematically shows a spatial distribution in the magnetic field direction in the XZ section of the rotation angle measuring device 80. Since the magnet 211 is a dipole magnet that is magnetized in the Z-axis direction (the direction of the central axis 226 of the rotation axis), it emits a magnetic force line 250 from the N pole toward the S pole. The arrows shown in the figure indicate the direction of the magnetic force lines 250. Due to the symmetry of the magnet 211, the direction of the lines of magnetic force 250 at the position of Z = 0 mm is substantially parallel to the vertical direction, that is, the Z-axis direction on the paper surface.

磁石211はZ軸方向に関して回転対称形なので、この磁力線250の空間分布は大局的に見るとどの方位角(azimuth)でも概ね等方的(Z軸方向から見て放射状にN極からS極に向かって)に出ていると考えて良い(以下この磁界を大局的な磁界、或いは大局的な磁力線という)。これに対して、ヨーク突起216A、216Bによる磁界のXY面内成分は、回転角を検出するために利用される局所的な変調磁界としてこの大局的な磁界に重畳されている。この局所的な変調磁界のXY面内成分が回転角を検出するのに必要な情報であり、このXY面内成分の変化を磁気センサ70によって検出することで回転角を計測するものである。   Since the magnet 211 is rotationally symmetric with respect to the Z-axis direction, the spatial distribution of the magnetic field lines 250 is generally isotropic at any azimuth (radially viewed from the Z-axis direction, from N pole to S pole). (Hereinafter, this magnetic field is referred to as a global magnetic field or a global line of magnetic force). On the other hand, the XY in-plane component of the magnetic field by the yoke protrusions 216A and 216B is superimposed on this global magnetic field as a local modulation magnetic field used for detecting the rotation angle. The XY in-plane component of the local modulation magnetic field is information necessary for detecting the rotation angle, and the rotation angle is measured by detecting the change in the XY in-plane component by the magnetic sensor 70.

図2は、磁気センサの設置位置での磁界ベクトルを図示したものである。磁界Bを、XY面内成分(in-plane成分) Bip と、Z方向成分Bzとに分けて考える。後でデータを示すように、図26の条件では、Z方向成分の大きさ|Bz|は、面内成分|Bip|の6倍以上である。但し、磁気センサが面内成分のみ感受するセンサであれば、Z方向成分|Bz|の影響は受けずに、面内成分Bipの方向を検出する。Z=0では、磁石から直接発生する磁力線(大局的な磁界)はZ=0では垂直方向を向いているので、面内成分Bipはヨーク突起による局所的な変調磁界のみである。しがたって、図26の実線のように磁界角は回転角(機械角)に対応した形になる。   FIG. 2 shows the magnetic field vector at the installation position of the magnetic sensor. The magnetic field B is considered by dividing it into an XY in-plane component (in-plane component) Bip and a Z direction component Bz. As will be shown later, under the conditions in FIG. 26, the magnitude | Bz | of the Z direction component is 6 times or more of the in-plane component | Bip |. However, if the magnetic sensor senses only the in-plane component, the direction of the in-plane component Bip is detected without being affected by the Z-direction component | Bz |. When Z = 0, the magnetic field lines (global magnetic field) generated directly from the magnet are oriented in the vertical direction when Z = 0, so that the in-plane component Bip is only the local modulation magnetic field due to the yoke protrusion. Therefore, the magnetic field angle has a shape corresponding to the rotation angle (mechanical angle) as shown by the solid line in FIG.

一方、磁気センサ70の軸方向位置がZ=−0.5mmだけずれていた場合を考える。図1からわかるように、Z=0mm(基準点)でない場所においては、磁石211から放出する大局的な磁力線250は上述したように水平方向成分Bipを持つ。このため、磁気センサ70は水平方向成分Bipを持つ大局的な磁力線の成分も検出する。前述の通り、磁石から出る大局的な磁力線は概ね等方的なので、その水平成分は回転角によらず180°である。図26の点線に示したように磁界角が180°を中心に変化するのはこのためである。   On the other hand, consider a case where the axial position of the magnetic sensor 70 is shifted by Z = −0.5 mm. As can be seen from FIG. 1, at a place where Z = 0 mm (reference point), the global magnetic field lines 250 emitted from the magnet 211 have the horizontal component Bip as described above. For this reason, the magnetic sensor 70 also detects a component of global magnetic field lines having a horizontal component Bip. As described above, since the global magnetic field lines coming out of the magnet are generally isotropic, the horizontal component thereof is 180 ° regardless of the rotation angle. This is the reason why the magnetic field angle changes around 180 ° as shown by the dotted line in FIG.

以上のように、磁石から発生する大局的な磁力線が存在するために磁気センサの設置位置による検出精度の低下が生じることが解明された。   As described above, it has been elucidated that the detection accuracy is lowered depending on the installation position of the magnetic sensor due to the presence of the global magnetic field lines generated from the magnet.

本発明ではこのような知見に基づいて、磁石211が発生する大局的な磁力線が磁気センサ70の設置位置よって生じる悪影響をできるだけ抑える技術を提供するものである。   Based on such knowledge, the present invention provides a technique for suppressing as much as possible the adverse magnetic field lines generated by the magnet 211 caused by the installation position of the magnetic sensor 70.

以下に説明する実施例では、磁気センサ70として磁気抵抗素子のひとつであるGMR素子で構成された磁界方向計測センサ(GMRセンサ)を用いた例である。しかしながら本発明が対象とする磁気センサはGMRセンサに限られるものではなく、磁界方向計測センサであれば他の形式のものであっても良い。   In the embodiment described below, a magnetic field direction measuring sensor (GMR sensor) constituted by a GMR element which is one of magnetoresistive elements is used as the magnetic sensor 70. However, the magnetic sensor targeted by the present invention is not limited to the GMR sensor, and may be of other types as long as it is a magnetic field direction measuring sensor.

磁界方向計測センサとは、磁界の方向に応じた信号を出力するセンサである。磁界方向計測センサには、GMRセンサの他に、異方性磁気抵抗素子を用いたAMRセンサ(Anisotropic Magneto-Resistance sensor)や、複数のホール素子を用いて磁界方向に対応した信号を出力するように構成したセンサなどがある。以下、本発明の実施例を図面にしたがい詳細に説明する。   The magnetic field direction measurement sensor is a sensor that outputs a signal corresponding to the direction of the magnetic field. In addition to the GMR sensor, the magnetic field direction measurement sensor outputs an AMR sensor (Anisotropic Magneto-Resistance sensor) using an anisotropic magnetoresistive element or a signal corresponding to the magnetic field direction using a plurality of Hall elements. There are sensors configured in the above. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の第1の実施形態を図3乃至図7を参照しながら説明する。図3は本発明の一実施例になる回転角計測装置80の全体構成を示す。回転角計測装置80は、磁束発生体202、磁気センサ70及びバイパス磁路形成体240とより構成されている。磁束発生体202は、回転中心線226に沿って回転する回転軸121に固定されており、回転軸121の回転と連動して回転する。また、回転中心線226をZ軸とする。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the overall configuration of a rotation angle measuring device 80 according to an embodiment of the present invention. The rotation angle measuring device 80 includes a magnetic flux generator 202, a magnetic sensor 70, and a bypass magnetic path forming body 240. The magnetic flux generator 202 is fixed to the rotating shaft 121 that rotates along the rotation center line 226, and rotates in conjunction with the rotation of the rotating shaft 121. The rotation center line 226 is taken as the Z axis.

磁束発生体202は、磁石211と、2つのヨーク215A、215Bとで構成される。磁石211は、図24(b)に示したものと同様に、回転中心線226の方向に沿ってN極とS極との2極に着磁されている。磁石211は円環状(リング状)の形状で回転軸121の回転と連動して回転する。   The magnetic flux generator 202 includes a magnet 211 and two yokes 215A and 215B. The magnet 211 is magnetized into two poles of an N pole and an S pole along the direction of the rotation center line 226 in the same manner as that shown in FIG. The magnet 211 has an annular shape (ring shape) and rotates in conjunction with the rotation of the rotating shaft 121.

2つのヨーク215Aと215Bは、それぞれヨーク突起216A、216Bを有する。ヨーク突起216A、216Bも磁性体で構成される。ヨーク突起216A、216Bは、磁石211の側面に延びた櫛歯状の形状である。   The two yokes 215A and 215B have yoke protrusions 216A and 216B, respectively. The yoke protrusions 216A and 216B are also made of a magnetic material. The yoke protrusions 216 </ b> A and 216 </ b> B have a comb-like shape extending on the side surface of the magnet 211.

2つのヨークの区別をわかりやすくする目的で、磁石211のN極側に設けられたヨーク215AをN極側ヨーク、S極側に設けられたヨーク215BをS極側ヨークと呼ぶ場合もある。同様にして、N極側ヨーク215Aのヨーク突起216AをN極ヨーク突起、S極側ヨーク215Bのヨーク突起216BをS極ヨーク突起と呼ぶ場合もある。   For easy understanding of the distinction between the two yokes, the yoke 215A provided on the N pole side of the magnet 211 may be referred to as an N pole side yoke, and the yoke 215B provided on the S pole side may be referred to as an S pole side yoke. Similarly, the yoke protrusion 216A of the N pole side yoke 215A may be referred to as an N pole yoke protrusion, and the yoke protrusion 216B of the S pole side yoke 215B may be referred to as an S pole yoke protrusion.

N極ヨーク突起216AとS極ヨーク突起216Bとは、図3に示したように、交互に噛み合うように配置されている。   As shown in FIG. 3, the N pole yoke protrusions 216A and the S pole yoke protrusions 216B are arranged so as to alternately mesh with each other.

ヨーク215Aとヨーク215Bは、磁性体から作られている。本明細書において、磁性体とは磁化率が10以上の材料である。磁化率が高い材料は、磁束を通しやすい性質を持つ。ヨーク突起216A、216Bも、磁性体から作られている。   The yoke 215A and the yoke 215B are made of a magnetic material. In the present specification, the magnetic material is a material having a magnetic susceptibility of 10 or more. A material with a high magnetic susceptibility has the property of easily passing magnetic flux. The yoke protrusions 216A and 216B are also made of a magnetic material.

ヨーク215Aは、磁石211の上面の一部を覆っていればよく、上面全体を覆う必要はない。また、磁石211とヨーク215Aとは接触している部分を有することが好ましいが、必ずしも必須ではない。接触していることが好ましい理由は、接触させることで磁気リラクタンスが低くなるので、磁石211からヨーク215Aに効果的に磁束が供給されるためである。ヨーク215Bについても同様である。   The yoke 215A only needs to cover a part of the upper surface of the magnet 211, and does not need to cover the entire upper surface. Moreover, although it is preferable that the magnet 211 and the yoke 215A have a contact portion, it is not always essential. The reason why the contact is preferable is that the magnetic reluctance is lowered by the contact, so that the magnetic flux is effectively supplied from the magnet 211 to the yoke 215A. The same applies to the yoke 215B.

尚、ここで「櫛歯状」とは図面にあるような矩形状の突起に限定されるものではなく、三角形や半円状の突起なども含むものである。N極に磁化したヨーク突起216AとS極に磁化したヨーク突起216Bとが交互に配置されていれば良く、その突起の形状は問わないものである。   Here, the “comb-tooth shape” is not limited to a rectangular protrusion as shown in the drawing, but includes a triangular or semicircular protrusion. The yoke protrusions 216A magnetized in the N pole and the yoke protrusions 216B magnetized in the S pole may be arranged alternately, and the shape of the protrusions is not limited.

磁気センサ70は、回転中心線226を法線とする平面と、磁気センサ70の磁気感受面とが平行になるように配置する。すなわち、磁気センサ70の磁気感受面は、XY平面と平行に配置する。このように配置することで、磁気センサ70は、XY面に平行な磁界成分(面内磁界成分)の磁界方向を計測することが出来る。   The magnetic sensor 70 is arranged so that the plane whose normal is the rotation center line 226 and the magnetic sensing surface of the magnetic sensor 70 are parallel to each other. That is, the magnetic sensing surface of the magnetic sensor 70 is arranged in parallel with the XY plane. By arranging in this way, the magnetic sensor 70 can measure the magnetic field direction of the magnetic field component (in-plane magnetic field component) parallel to the XY plane.

本発明の特徴的な構成であるバイパス磁路形成体240は、ヨーク215A(N極側ヨーク)およびヨーク215B(S極側ヨーク)と対向するように所定隙間gの間隔をおいて配置されている。より細かく記述すると、バイパス磁路形成体240は、磁石211の側面、およびヨーク突起216Aとヨーク突起216Bの面に対向するように、所定の間隔gをおいて配置されている。   The bypass magnetic path forming body 240, which is a characteristic configuration of the present invention, is disposed at a predetermined gap g so as to face the yoke 215A (N pole side yoke) and the yoke 215B (S pole side yoke). Yes. More specifically, the bypass magnetic path forming body 240 is arranged at a predetermined interval g so as to face the side surface of the magnet 211 and the surfaces of the yoke protrusion 216A and the yoke protrusion 216B.

バイパス磁路形成体240は、磁束通路を形成するようになっている。このバイパス磁路形成体240も磁束を通す材料から構成され、例えば鋼板(鉄)やパーマロイ、ミューメタルなどの磁性体で構成されている。バイパス磁路形成体240は、磁石211のN極からS極に向かう大局的な磁力線250が磁気センサ70に与える影響を無くす、あるいは低減するためのバイパス磁路の働きを有している。   The bypass magnetic path forming body 240 forms a magnetic flux path. The bypass magnetic path forming body 240 is also made of a material that allows magnetic flux to pass, and is made of a magnetic material such as a steel plate (iron), permalloy, or mu metal. The bypass magnetic path forming body 240 functions as a bypass magnetic path for eliminating or reducing the influence of the global magnetic field lines 250 from the N pole to the S pole of the magnet 211 on the magnetic sensor 70.

図3にあるように、磁石211のN極から出た大局的な磁力線250は磁石211のS極に向かって流れるが、バイパス磁路形成体240の付近ではバイパス磁路形成体240を通って磁石211のS極に向かって流れるように振る舞う。したがって、バイパス磁路形成体240の内部空間には大局的な磁力線250は影響を与えない、もしくはその影響は大きく抑制されるようになっている。   As shown in FIG. 3, the global magnetic field lines 250 from the N pole of the magnet 211 flow toward the S pole of the magnet 211, but pass through the bypass magnetic path forming body 240 in the vicinity of the bypass magnetic path forming body 240. It behaves so as to flow toward the south pole of the magnet 211. Therefore, the global magnetic field lines 250 do not affect the internal space of the bypass magnetic path forming body 240, or the influence is greatly suppressed.

バイパス磁路形成体240は図3にあるように、ヨーク(N極側ヨーク)215Aと対向して外側に延びる第1面240Aと、ヨーク(S極側ヨーク)215Bと対向して外側に延びる第2面240Bとを有する。図3に示した構成の場合は、第1面240Aと第2面240Bとを接続する磁性体の第3面240Cを有する。なお、後述する通り、本発明のバイパス磁路形成体240は、第1面240Aと第2面240Bとを直接接続した構成であってもよく、その場合は第3面を有しない。   As shown in FIG. 3, the bypass magnetic path forming body 240 has a first surface 240A that extends outward facing the yoke (N pole side yoke) 215A, and extends outward facing the yoke (S pole side yoke) 215B. And a second surface 240B. In the case of the configuration shown in FIG. 3, it has a third surface 240C of magnetic material that connects the first surface 240A and the second surface 240B. As will be described later, the bypass magnetic path forming body 240 of the present invention may have a configuration in which the first surface 240A and the second surface 240B are directly connected, and in that case, the bypass magnetic path forming body 240 does not have the third surface.

そして、図3にあるようにバイパス磁路形成体240の断面は磁束発生体202に向けて開口した開口部240Dを有した形状を持ち、例えばカタカナ文字の「コ状」を呈している。この開口部240Dはヨーク突起216A、216Bによって生成される局所的な変調磁界を導入して磁気センサ70が変調磁界を検出するための役割を有している。また、バイパス磁路形成体240の両側面も開口されており、バイパス磁路形成体240は第1面240Aを上面、第2面240Bを下面、及び第3面240Cを外周側面とした3方で構成され、他の3方が開放した構成とされている。   As shown in FIG. 3, the cross section of the bypass magnetic path forming body 240 has a shape having an opening 240 </ b> D that opens toward the magnetic flux generator 202, and exhibits, for example, a “U” shape of katakana characters. The opening 240D has a role for the magnetic sensor 70 to detect a modulation magnetic field by introducing a local modulation magnetic field generated by the yoke protrusions 216A and 216B. Further, both side surfaces of the bypass magnetic path forming body 240 are also opened, and the bypass magnetic path forming body 240 has three sides with the first surface 240A as the upper surface, the second surface 240B as the lower surface, and the third surface 240C as the outer peripheral side surface. The other three sides are open.

尚、このバイパス磁路形成体240は必ずしも「コ状」でなくても良く、後で述べるがZ軸線方向及びZ軸線方向の磁束に含まれるZ方向に直交する、或いは所定の角度をもって交差する磁束成分を流す機能を有していれば良いものである。   The bypass magnetic path forming body 240 does not necessarily have a “U” shape. As will be described later, the bypass magnetic path forming body 240 intersects the Z axis direction and the Z direction included in the magnetic flux in the Z axis direction or intersects at a predetermined angle. What is necessary is just to have the function to flow a magnetic flux component.

例えば、図27の(a)に示したように、第1面240Aと第2面240Bとを直接つないだ構成でもよい。ギリシャ文字のラムダ(Λ)を横向きにしたような断面形状である。また、図27の(b)に示したように、第1面240Aと第2面240Bとを曲面形の磁性体(第3面)で接続した構成でもよい。また、図示はしないが、第1面240Aと第2面240Bが曲面形の構成でもあってもよい。   For example, as shown in FIG. 27 (a), the first surface 240A and the second surface 240B may be directly connected. It has a cross-sectional shape with the Greek letter lambda (Λ) turned sideways. Further, as shown in FIG. 27 (b), the first surface 240A and the second surface 240B may be connected by a curved magnetic body (third surface). Although not shown, the first surface 240A and the second surface 240B may have a curved surface configuration.

いずれの場合でも、第1面240Aはヨーク(N極側ヨーク)215Aに対向し、第2面240Bはヨーク(S極側ヨーク)215Bに対向して配置されている。   In any case, the first surface 240A is disposed to face the yoke (N pole side yoke) 215A, and the second surface 240B is disposed to face the yoke (S pole side yoke) 215B.

ここで、「対向して配置」とは、その1辺が向かい合って配置、あるいはその1辺が近接して配置されるという広義の意味で用いている。   Here, the “arrangement facing each other” is used in a broad sense that the one side is arranged facing each other, or the one side is arranged close to each other.

「対向して配置」された構成の例をいくつか挙げると、図28(a)、(b)、(c)の構成が挙げられる。まず、図28の(a)に示したように、磁束発生体202の厚さDmを1対のヨーク215A、215Bの端から端までの長さと定義する。また、バイパス磁路形成体240の高さHbを、バイパス磁路形成体240の、磁束発生体側の高さ(図28(a)に図示の通り)と定義する。図28の(a)の構成では、磁束発生体202の(Z方向)厚さDmとバイパス磁路形成体240の高さHbとが概ね等しい。図28の(b)の構成ではDm>Hbである。図28の(c)の構成ではDm<Hbである。   If some examples of the configuration “facing each other” are given, the configurations shown in FIGS. 28A, 28B, and 28C may be mentioned. First, as shown in FIG. 28A, the thickness Dm of the magnetic flux generator 202 is defined as the length from end to end of the pair of yokes 215A, 215B. Further, the height Hb of the bypass magnetic path forming body 240 is defined as the height of the bypass magnetic path forming body 240 on the magnetic flux generator side (as shown in FIG. 28A). In the configuration of FIG. 28A, the thickness Dm (Z direction) of the magnetic flux generator 202 and the height Hb of the bypass magnetic path forming body 240 are substantially equal. In the configuration of FIG. 28B, Dm> Hb. In the configuration of FIG. 28C, Dm <Hb.

図27の構成や図28の構成、あるいは、図27と図28に図示した各々の構成の組み合わせにおいては、磁石211のN極から出た大局的な磁力線250は、バイパス磁路形成体240の付近ではバイパス磁路形成体240を通って、磁石211のS極に向かう。このため、バイパス磁路形成体240の内部空間(磁路内包空間)には大局的な磁力250は影響を与えない、もしくはその影響が大きく抑制される。   In the configuration of FIG. 27, the configuration of FIG. 28, or the combination of the configurations illustrated in FIGS. 27 and 28, the global magnetic field lines 250 emerging from the north pole of the magnet 211 In the vicinity, it passes through the bypass magnetic path forming body 240 and goes to the S pole of the magnet 211. For this reason, the global magnetic force 250 does not affect the internal space (magnetic path inclusion space) of the bypass magnetic path forming body 240, or the influence is greatly suppressed.

次に、このバイパス磁路形成体240と磁気センサ70の配置関係について説明する。図3に模式的に示したように、N極から出た磁力線250はバイパス磁路形成体240を経由してS極に向かう。このため、バイパス磁路形成体240で囲まれた空間、及びその周辺(以下「バイパス磁路作用空間」と呼ぶ)では大局的な磁力線250の影響が小さくなる。そのため、ヨーク突起216A、216Bによって生成される局所的な変調磁界が磁気センサ70により検出されるものである。   Next, the arrangement relationship between the bypass magnetic path forming body 240 and the magnetic sensor 70 will be described. As schematically shown in FIG. 3, the magnetic field lines 250 coming out of the N pole go to the S pole via the bypass magnetic path forming body 240. For this reason, the influence of the global magnetic field lines 250 is reduced in the space surrounded by the bypass magnetic path forming body 240 and in the vicinity thereof (hereinafter referred to as “bypass magnetic path action space”). Therefore, the local modulation magnetic field generated by the yoke protrusions 216A and 216B is detected by the magnetic sensor 70.

尚、本明細書において「バイパス磁路作用空間」とは、バイパス磁路形成体240の磁界バイパス効果によりZ方向の大局的な磁力線250の強度が十分弱まった空間と定義される。したがって、この空間の全ての面をバイパス磁路形成体240で覆われている必要はない。バイパス磁路形成体240がない場合に比べてバイパス磁路形成体240を設置したことで大局的な磁力線250の影響が弱まっていれば良く、実際としては50%に強度が弱まれば実用に供する。   In the present specification, the “bypass magnetic path working space” is defined as a space in which the strength of the global magnetic field lines 250 in the Z direction is sufficiently weakened by the magnetic field bypass effect of the bypass magnetic path forming body 240. Therefore, it is not necessary to cover all surfaces of this space with the bypass magnetic path forming body 240. It is only necessary that the influence of the global magnetic field lines 250 is weakened by installing the bypass magnetic path forming body 240 as compared with the case where the bypass magnetic path forming body 240 is not provided, and in practice, if the strength is reduced to 50%. Provide.

本明細書において、「バイパス磁路内包空間」とは、バイパス磁路形成体240で囲まれた空間と定義され、バイパス磁路形成体の「内部空間」とも呼ぶ。バイパス磁路内包空間は全ての面をバイパス磁路形成体240で覆われている必要はない。例えば、図3に示されるようにコの字型のバイパス磁路形成体240に対しては、バイパス磁路内包空間は次のように定義される。   In this specification, the “bypass magnetic path inclusion space” is defined as a space surrounded by the bypass magnetic path formation body 240 and is also referred to as an “internal space” of the bypass magnetic path formation body. The bypass magnetic path inclusion space does not need to be covered with the bypass magnetic path forming body 240 on all surfaces. For example, as shown in FIG. 3, the bypass magnetic path inclusion space is defined as follows for the U-shaped bypass magnetic path forming body 240.

図29を用いてバイパス磁路内包空間を詳しく説明する。図29の(a)は、図3のバイパス磁路形成体240の斜視図であり、図29の(b)はその上面図である。図29のバイパス磁路形成体240は、3つの面、すなわち第1面240A、第2面240B、第3面240Cが磁性体で構成されている。また、前述のとおり、バイパス磁路形成体は、磁束発生体202に対向して、開口部240Dを有する。ここで、第1面側部242Aと第2面側部242Bとをつないだ仮想的な面を側面開口面240Eと呼ぶ。側面開口面240Eの反対側には側面開口面240Fがある。図29(a)では、側面開口面240Eを規定する仮想的な1辺を点線で示した。このバイパス磁路形成体240の場合、バイパス磁路内包空間は、次の6個の面で囲まれた空間と定義される:すなわち、第1面240A、第2面240B、第3面240C、および、開口部240D、側面開口面240E、240Fの6個の面である。   The bypass magnetic path inclusion space will be described in detail with reference to FIG. 29A is a perspective view of the bypass magnetic path forming body 240 of FIG. 3, and FIG. 29B is a top view thereof. In the bypass magnetic path forming body 240 of FIG. 29, three surfaces, that is, the first surface 240A, the second surface 240B, and the third surface 240C are made of a magnetic material. Further, as described above, the bypass magnetic path forming body has the opening 240D facing the magnetic flux generator 202. Here, a virtual surface connecting the first surface side portion 242A and the second surface side portion 242B is referred to as a side surface opening surface 240E. There is a side opening surface 240F on the opposite side of the side opening surface 240E. In FIG. 29A, a virtual side defining the side opening surface 240E is indicated by a dotted line. In the case of this bypass magnetic path formation body 240, the bypass magnetic path inclusion space is defined as a space surrounded by the following six surfaces: a first surface 240A, a second surface 240B, a third surface 240C, And it is six surfaces of opening part 240D and side opening surface 240E, 240F.

前述した図27(a)のように、第3面を有しないバイパス磁路形成体240に対しては、第3面を除いた5つの面によりバイパス磁路内包空間が定義される。この他の形状のバイパス磁路形成体240に対しても、同様にしてバイパス磁路内包空間が定義されることは明らかである。   As shown in FIG. 27A described above, for the bypass magnetic path forming body 240 having no third surface, a bypass magnetic path inclusion space is defined by five surfaces excluding the third surface. It is clear that the bypass magnetic path inclusion space is similarly defined for the bypass magnetic path forming body 240 having other shapes.

また、本明細書において「バイパス磁路囲繞空間」とは、バイパス磁路内包空間と、バイパス磁路内包空間と磁束発生体202との間の空間との和空間(union space)と定義する。言い換えれば、バイパス磁路囲繞空間とは、バイパス磁路形成体240の内部空間と、その内部空間と磁束発生体202との間の空間との和空間(union space)である。   Further, in this specification, the “bypass magnetic path surrounding space” is defined as a union space of the bypass magnetic path inclusion space and the space between the bypass magnetic path inclusion space and the magnetic flux generator 202. In other words, the bypass magnetic path surrounding space is a union space of the internal space of the bypass magnetic path forming body 240 and the space between the internal space and the magnetic flux generator 202.

ここで、2つの空間AとBの「空間の和(union)」、あるいは「和空間(union space)」とは、集合の和(union set)と同じ意味であり、いずれかの空間または両方の空間に属する空間を意味する。言い換えれば、空間Aと空間Bの和空間とは、空間Aと空間Bとを結合した空間である。   Here, the “union” or “union space” of the two spaces A and B has the same meaning as the union set, either one or both It means a space belonging to the space. In other words, the sum space of the space A and the space B is a space obtained by combining the space A and the space B.

後述するが、「バイパス磁路囲繞空間」の周辺部の空間にもバイパス磁路形成体240によるZ方向の磁界低減効果は作用する。したがって、「バイパス磁路作用空間」は「バイパス磁路囲繞空間」とその周辺部とを含むことになる。   As will be described later, the effect of reducing the magnetic field in the Z direction by the bypass magnetic path forming body 240 also acts on the space around the “bypass magnetic path surrounding space”. Therefore, the “bypass magnetic path working space” includes the “bypass magnetic path surrounding space” and its peripheral part.

以上に説明した各定義を図4にしたがい更に詳細に説明する。図4の(a)は磁束発生体202とバイパス磁路形成体240とを上面から見た図であり、図4の(b)はXZ面での断面を示した図である。この実施例ではバイパス磁路形成体240は上述したように断面形状がコの字型であり、バイパス磁路形成体240のヨーク突起216A、216Bとの対向する側面には磁性体を設けていない構成となっている。   Each definition described above will be described in more detail with reference to FIG. 4A is a view of the magnetic flux generator 202 and the bypass magnetic path forming body 240 as viewed from above, and FIG. 4B is a view showing a cross section on the XZ plane. In this embodiment, the bypass magnetic path forming body 240 has a U-shaped cross section as described above, and no magnetic material is provided on the side surface of the bypass magnetic path forming body 240 facing the yoke protrusions 216A and 216B. It has a configuration.

また、バイパス磁路形成体240は上方から見ると図4の(a)からわかるように、円環を所定の角度で切り取った形状をしており、この内部空間に磁気センサ70が配置されている。   The bypass magnetic path forming body 240 has a shape obtained by cutting a circular ring at a predetermined angle as seen from FIG. 4A when viewed from above, and the magnetic sensor 70 is disposed in this internal space. Yes.

図4において、領域Aはバイパス磁路形成体240で空間的に囲まれた領域である。領域Aを「バイパス磁路内包空間」と呼ぶ。領域Aは、バイパス磁路形成体の内部空間とも呼ぶ。   In FIG. 4, a region A is a region spatially surrounded by the bypass magnetic path formation body 240. Region A is referred to as “bypass magnetic path inclusion space”. The region A is also called an internal space of the bypass magnetic path forming body.

領域Bは磁束発生体202と領域Aとの間の領域である。ここで注意すべきことは、図4の(b)の断面図に示したように、バイパス磁路形成体240の第1面240Aと第2面240Bの板厚と磁束発生体202の外周側面との間の空間領域D1と空間領域D2は領域Bには含まれないことである。「バイパス磁路囲繞空間」は領域Aと領域Bとの和の空間(union space)と定義される。言い換えれば、バイパス磁路囲繞空間は、領域A(バイパス磁路内包空間)と領域Bとを結合した空間である。   Region B is a region between magnetic flux generator 202 and region A. What should be noted here is that the thickness of the first surface 240A and the second surface 240B of the bypass magnetic path forming body 240 and the outer peripheral side surface of the magnetic flux generator 202 are shown in the cross-sectional view of FIG. The space area D1 and the space area D2 between the two are not included in the area B. The “bypass magnetic path surrounding space” is defined as the union space of region A and region B. In other words, the bypass magnetic path surrounding space is a space in which the region A (bypass magnetic path inclusion space) and the region B are combined.

換言すれば、「バイパス磁路囲繞空間」とは、バイパス磁路内包空間(領域A)と、これにつながりバイパス磁路形成体の開口部240Dと磁束発生体240との間の空間(領域B)とを結合した空間である。あるいは、言い換えれば、バイパス磁路囲繞空間とは、バイパス磁路内包空間(領域A)と領域Bとの和空間である。   In other words, the “bypass magnetic path surrounding space” is a bypass magnetic path inclusion space (region A) and a space (region B) between the opening 240D of the bypass magnetic path forming body and the magnetic flux generator 240 connected thereto. ). Or, in other words, the bypass magnetic path surrounding space is a sum space of the bypass magnetic path inclusion space (region A) and the region B.

「バイパス磁路囲繞空間」が領域Bを含む理由は、領域Bの磁界方向を磁界解析で調べると、バイパス磁路形成体240の存在により磁界のZ方向成分が減少しているからである。一方、領域D1及びD2には、各ヨーク215A、215Bから第1面及び第2面を通って磁石211のN極からS極に至る強い磁力線が通っており、領域D1またはD2に磁気センサ70を配置してもヨーク突起216A,216Bが形成する局所的な変調磁界を検出すること出来ない。そのため、領域D1およびD2は「バイパス磁路囲繞空間」には含まれないわけである。   The reason why the “bypass magnetic path surrounding space” includes the region B is that when the magnetic field direction of the region B is examined by magnetic field analysis, the Z-direction component of the magnetic field is reduced due to the presence of the bypass magnetic path formation body 240. On the other hand, strong magnetic lines of force extending from the north pole to the south pole of the magnet 211 from the yokes 215A and 215B through the first and second surfaces pass through the areas D1 and D2, and the magnetic sensor 70 is passed through the areas D1 and D2. However, the local modulation magnetic field formed by the yoke protrusions 216A and 216B cannot be detected. Therefore, the regions D1 and D2 are not included in the “bypass magnetic path surrounding space”.

また、バイパス磁路形成体240の両側面側の開口面に隣接する領域C1及びC2では、後述の通りバイパス磁路形成体240の存在により磁界のZ方向成分が低減するので、これらの領域は「バイパス磁路作用空間」に含まれる。   Further, in the regions C1 and C2 adjacent to the opening surfaces on both side surfaces of the bypass magnetic path forming body 240, the presence of the bypass magnetic path forming body 240 reduces the Z-direction component of the magnetic field as described later. Included in “bypass magnetic path working space”.

すなわち、「バイパス磁路作用空間」は、領域A、領域B、領域C1、及び領域C2の各領域を結合した空間と定義される。尚、この実施例ではバイパス磁路形成体240の両側面が開放されているが、これらの両側面を磁性体で閉じられた構成にすれば、領域C1、及び領域C2にはZ方向磁界低減効果が作用しないので、「バイパス磁路作用空間」は領域Aと領域Bとを加えた空間になる。   That is, the “bypass magnetic path effect space” is defined as a space obtained by combining the regions A, B, C1, and C2. In this embodiment, both side surfaces of the bypass magnetic path forming body 240 are open. However, if these both side surfaces are closed with a magnetic material, the region C1 and the region C2 are reduced in the Z-direction magnetic field. Since the effect does not act, the “bypass magnetic path working space” is a space in which the region A and the region B are added.

これらの定義からわかるように、「バイパス磁路作用空間」内に磁気センサ70を配置すると、大局的な磁力線250による磁界のZ方向成分が低減されるため、回転角計測精度が向上するという効果が得られるようになる。   As can be seen from these definitions, when the magnetic sensor 70 is arranged in the “bypass magnetic path action space”, the Z-direction component of the magnetic field due to the global magnetic field lines 250 is reduced, and thus the rotational angle measurement accuracy is improved. Can be obtained.

図3及び図4に示す構成の回転角計測装置80において、磁気センサ70の配置位置での磁界角を磁界計算により計算した結果を図5に示した。図5は図26に対応するもので、有限要素法による磁界計算を行い、磁束発生体202が回転した時の磁気センサ70の場所での水平方向(XY面内)磁界の方向を定量的に求めた。   FIG. 5 shows the result of calculating the magnetic field angle at the arrangement position of the magnetic sensor 70 by the magnetic field calculation in the rotation angle measuring device 80 having the configuration shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 5 corresponds to FIG. 26, calculates the magnetic field by the finite element method, and quantitatively determines the direction of the horizontal (XY plane) magnetic field at the location of the magnetic sensor 70 when the magnetic flux generator 202 rotates. Asked.

磁気センサをZ=0mm(基準点)の位置に設置した場合の磁界角を図5に実線で示した。Z=0mmの基準点に磁気センサ70を設置した場合は、図26の実線とほぼ同じ磁界角分布になっている。理想的な理想直線からのずれ(磁界歪み誤差)は±30°程度であり、図26の場合(バイパス磁路形成体240が無い構成)とほぼ同じ特性である。   The magnetic field angle when the magnetic sensor is installed at the position of Z = 0 mm (reference point) is shown by a solid line in FIG. When the magnetic sensor 70 is installed at the reference point Z = 0 mm, the magnetic field angle distribution is almost the same as the solid line in FIG. Deviation from the ideal ideal straight line (magnetic field distortion error) is about ± 30 °, which is substantially the same characteristic as in the case of FIG. 26 (configuration without the bypass magnetic path forming body 240).

一方、図5において、●印の点線で示したのは、Z=−0.5mmの位置に磁気センサ70を設置した場合を示している。図5(バイパス磁路形成体240を設置した構成)の場合には、Z=0mmの基準点に置いた場合とほぼ同じ磁界角分布が得られており、誤差は±30°程度である。   On the other hand, in FIG. 5, the dotted line marked with ● represents the case where the magnetic sensor 70 is installed at the position of Z = −0.5 mm. In the case of FIG. 5 (a configuration in which the bypass magnetic path forming body 240 is installed), substantially the same magnetic field angle distribution as that obtained when Z = 0 mm is set is obtained, and the error is about ± 30 °.

このように、磁気センサ70の設置位置が軸方向に0.5mmずれてもほぼ同じ特性が得られており、バイパス磁路形成体240がない構成と比べて設置位置の許容度が大幅に改善されたことがわかる。   Thus, even if the installation position of the magnetic sensor 70 is shifted by 0.5 mm in the axial direction, substantially the same characteristics are obtained, and the tolerance of the installation position is greatly improved as compared with the configuration without the bypass magnetic path forming body 240. You can see that

なお、前述の通り、±30°の誤差は、多極着磁磁石の磁界歪みと同程度の誤差であり、適切な補正方法により補正が可能である。このため、高精度に回転角を計測することが可能である。   As described above, the error of ± 30 ° is the same level as the magnetic field distortion of the multipolar magnet, and can be corrected by an appropriate correction method. For this reason, it is possible to measure the rotation angle with high accuracy.

図6は磁気センサ70の設置位置と磁界歪み誤差との関係をプロットしたものである。磁界歪み誤差の大きさは回転角により異なるが、図6の縦軸には磁界歪み誤差の最大値をプロットしている。横軸は磁気センサ設置位置のZ=0mm(基準点)からのずれ量(mm)である。   FIG. 6 is a plot of the relationship between the installation position of the magnetic sensor 70 and the magnetic field distortion error. Although the magnitude of the magnetic field distortion error differs depending on the rotation angle, the maximum value of the magnetic field distortion error is plotted on the vertical axis of FIG. The horizontal axis represents the deviation (mm) from the magnetic sensor installation position Z = 0 mm (reference point).

図6において、○印で示したのはバイパス磁路形成体240がない従来の構成での磁界歪み誤差である。磁気センサ70の設置位置がZ=0mm(基準点)から軸方向に0.4mmずれると、誤差は90°に達し、軸方向に0.5mmずれると誤差は180°にまで達する。このように軸方向へのずれが大きくなるほど磁界歪み誤差は飛躍的に大きくなる。   In FIG. 6, a circle indicates a magnetic field distortion error in a conventional configuration without the bypass magnetic path forming body 240. When the installation position of the magnetic sensor 70 is shifted by 0.4 mm in the axial direction from Z = 0 mm (reference point), the error reaches 90 °, and when it is shifted by 0.5 mm in the axial direction, the error reaches 180 °. In this manner, the magnetic field distortion error increases dramatically as the axial displacement increases.

一方、●印で示したのはバイパス磁路形成体240を設けた本実施例での磁界歪み誤差である。この場合、磁気センサ70の設置位置が軸方向で0.5mmずれても磁界歪み誤差は殆ど増加しないことがわかる。このように、本実施例のようにバイパス磁路形成体240を設けることにより、磁気センサ70の設置位置の許容度を大幅に改善できることがわかる。   On the other hand, the mark ● indicates the magnetic field distortion error in the present example in which the bypass magnetic path forming body 240 is provided. In this case, it can be seen that the magnetic field distortion error hardly increases even if the installation position of the magnetic sensor 70 is shifted by 0.5 mm in the axial direction. Thus, it can be seen that the tolerance of the installation position of the magnetic sensor 70 can be greatly improved by providing the bypass magnetic path forming body 240 as in the present embodiment.

次に、バイパス磁路形成体240を設けることにより磁界のZ方向成分が低減することを説明する。図7は、磁気センサ70の設置位置での磁界強度を示すグラフである。図7では図2のように磁界BをXY面内成分の磁界強度の絶対値|Bip|とZ方向成分の磁界強度の絶対値|Bz|とに分解してそれぞれの強度を示した。尚、XY面内成分|Bip|は磁束発生体202の回転角により異なるので、最小の磁界強度をプロットした。図7の横軸は磁気センサ70の設置位置を示し、Z=0mm(基準点)からのずれ量(mm)である。   Next, it will be described that the Z-direction component of the magnetic field is reduced by providing the bypass magnetic path forming body 240. FIG. 7 is a graph showing the magnetic field intensity at the installation position of the magnetic sensor 70. In FIG. 7, as shown in FIG. 2, the magnetic field B is decomposed into the absolute value | Bip | of the magnetic field intensity of the XY in-plane component and the absolute value | Bz | Since the XY in-plane component | Bip | differs depending on the rotation angle of the magnetic flux generator 202, the minimum magnetic field strength is plotted. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the installation position of the magnetic sensor 70, and is the amount of deviation (mm) from Z = 0 mm (reference point).

まず、バイパス磁路形成体240を設けない場合の結果を見ると、Z=0mm(基準点)において、XY面内成分|Bip|(○印でプロット)が20mTであるのに対し、Z方向成分|Bz|(△印でプロット)は約120mTであり、Z方向成分の方が6倍強いことが判る。これが比較の基になる基準点での磁界BのXY面内成分とZ方向成分の強度である。   First, looking at the result when the bypass magnetic path forming body 240 is not provided, at Z = 0 mm (reference point), the XY in-plane component | Bip | (plotted with a circle) is 20 mT, whereas in the Z direction The component | Bz | (plotted by Δ mark) is about 120 mT, and it can be seen that the Z-direction component is 6 times stronger. This is the intensity of the XY in-plane component and the Z-direction component of the magnetic field B at the reference point that is the basis for comparison.

一方、磁気センサ70の設置位置が軸方向に0.4mmずれると、XY面内成分(○印でプロット)は3mTに減少し、Z方向成分(△印でプロット)は113mTとなってZ方向成分が38倍も強くなっている。   On the other hand, when the installation position of the magnetic sensor 70 is shifted by 0.4 mm in the axial direction, the XY in-plane component (plotted by a circle) is reduced to 3 mT, and the Z-direction component (plotted by a triangle) is 113 mT, which is the Z direction. The ingredient is 38 times stronger.

前述の通り、Z方向成分は磁石211が発生する大局的な分布の磁力線250によるものであり、回転角に対応した磁界変化成分をほとんど持たない。このように、回転角の情報を有するXY面内成分の磁界が小さいために回転角度の計測誤差が大きくなってしまう。更に、もう一つの課題は、軸方向のずれ量Z=0.4mmがになると、XY面内成分(○印でプロット)がZ=0mm(基準点)の時よりも小さくなることである。磁気センサ70の計測精度は通常10mT以下になると、その計測精度が劣化するのでこの点でも、従来構成では回転角の計測精度が劣化することが理解できる。   As described above, the Z direction component is due to the globally distributed magnetic force lines 250 generated by the magnet 211, and has almost no magnetic field change component corresponding to the rotation angle. Thus, since the magnetic field of the XY in-plane component having the rotation angle information is small, the rotation angle measurement error becomes large. Furthermore, another problem is that when the axial displacement amount Z = 0.4 mm, the XY in-plane component (plotted with a circle) becomes smaller than when Z = 0 mm (reference point). When the measurement accuracy of the magnetic sensor 70 is normally 10 mT or less, the measurement accuracy deteriorates. Therefore, it can be understood from this point that the measurement accuracy of the rotation angle is deteriorated in the conventional configuration.

次に、本実施例になるバイパス磁路形成体240を設けた場合の結果を見ると、Z=0mm(基準点)においては、XY面内成分(●印でプロット)が17mTであり、バイパス磁路形成体240を設けていない従来の場合と概ね同じXY面内成分(磁界強度)を持つことがわかる。このことはバイパス磁路形成体240が基準状態では実質的に悪影響を与えていないことが理解できる。   Next, looking at the result when the bypass magnetic path forming body 240 according to the present example is provided, the component in the XY plane (plotted by ●) is 17 mT at Z = 0 mm (reference point), and the bypass It can be seen that the XY in-plane component (magnetic field strength) is substantially the same as in the conventional case where the magnetic path forming body 240 is not provided. This can be understood that the bypass magnetic path forming body 240 has substantially no adverse effect in the reference state.

更に、磁界のZ方向成分(▲印でプロット)は8mTであり、バイパス磁路形成体240を有しない場合に比べて大幅にZ方向成分が減少し、加えてXY面内成分の磁界強度よりも小さくなっている。このように、回転角情報を含むXY面内成分|Bip|がZ方向成分|Bz|よりも大きくなっているので回転角の計測精度が向上する。   Furthermore, the Z-direction component of the magnetic field (plotted by ▲) is 8 mT, and the Z-direction component is greatly reduced compared to the case where the bypass magnetic path forming body 240 is not provided. In addition, the magnetic field strength of the XY in-plane component Is also getting smaller. Thus, since the XY in-plane component | Bip | including the rotation angle information is larger than the Z direction component | Bz |, the measurement accuracy of the rotation angle is improved.

また、軸方向のずれ量Z=0.4mmの場合を見ると、XY面内成分(●印でプロット)は15mTであり、Z方向成分(▲印でプロット)は6.3mTである。このように、磁気センサの設置位置が多少ずれても、磁界のXY面内成分強度|Bip|がほとんど低下しないので、高精度に回転角を計測できることが理解できる。   Further, in the case of the axial displacement Z = 0.4 mm, the XY in-plane component (plotted by ●) is 15 mT, and the Z-direction component (plotted by ▲) is 6.3 mT. As described above, even if the installation position of the magnetic sensor is slightly deviated, the XY in-plane component strength | Bip | of the magnetic field hardly decreases, and it can be understood that the rotation angle can be measured with high accuracy.

磁気センサ70に用いるセンサの種類によっては、磁界のZ方向成分が強いと計測精度に悪影響を及ぼす場合がある。本実施例では磁気センサ70として磁界方向計測センサを用い、磁界感受面をZ方向と垂直に配置している。したがって、磁界のZ方向成分の影響は受けにくいが、センサの種類によっては影響を受けるものがある。   Depending on the type of sensor used for the magnetic sensor 70, a strong Z-direction component of the magnetic field may adversely affect measurement accuracy. In this embodiment, a magnetic field direction measuring sensor is used as the magnetic sensor 70, and the magnetic field sensing surface is arranged perpendicular to the Z direction. Therefore, it is difficult to be influenced by the Z direction component of the magnetic field, but there are some that are affected by the type of sensor.

磁界方向計測センサには、磁界感応素子としてホール効果素子や磁気抵抗効果素子を用いたものがあるが、特にホール効果素子を用いたものでは磁界のZ方向成分の影響を受け易い。例えば、複数個のホール効果素子を用いて、磁界強度の空間的差分を測定して磁界方向を検出するタイプの磁界方向計測センサでは、センサ感受面に垂直な磁界成分が強い場合には、計測精度に悪影響を受けやすい。   Some magnetic field direction measuring sensors use Hall effect elements or magnetoresistive effect elements as magnetic field sensitive elements, but those using Hall effect elements are particularly susceptible to the Z-direction component of the magnetic field. For example, in a magnetic field direction measurement sensor that detects the magnetic field direction by measuring the spatial difference in magnetic field strength using a plurality of Hall effect elements, measurement is performed when the magnetic field component perpendicular to the sensor sensing surface is strong. Sensitive to accuracy.

上述したように、本実施例ではバイパス磁路形成体240を用いて大局的な磁界、或いは磁力線250の影響を弱めるので、複数のホール素子を用いた磁界方向計測センサを用いた場合に特にその効果が大きいものである。   As described above, in the present embodiment, the influence of the global magnetic field or the magnetic field lines 250 is weakened by using the bypass magnetic path forming body 240. Therefore, particularly when the magnetic field direction measurement sensor using a plurality of Hall elements is used. The effect is great.

ここで、バイパス磁路形成体240の材料としては基本的には磁力線を流すことができる磁性体(磁化率が10以上)であれば良いが、実際的には磁化率が100以上の材料を用いるのが望ましく、具体的には鉄、珪素鋼、パーマロイ、ミューメタルなどがある。本実施例では板状の鉄を図3及び図4に示した形状に加工してバイパス磁路形成体240を製作した。   Here, as a material of the bypass magnetic path forming body 240, basically, a magnetic body (magnetic susceptibility of 10 or more) capable of flowing a magnetic field line may be used, but a material having a magnetic susceptibility of 100 or more is practically used. It is desirable to use, specifically iron, silicon steel, permalloy, mu metal, and the like. In this example, plate-like iron was processed into the shape shown in FIGS. 3 and 4 to produce a bypass magnetic path forming body 240.

前述の通り、本実施例になるバイパス磁路形成体240はZ方向の磁界、或いはZ方向と水平方向のベクトル成分を持つ大局的な磁界を磁気センサ70に流すのを少なく、或いは流さないように、バイパス磁路形成体240を介してバイパスして流す働きをするので、磁化率χが高いほどその効果が高い。磁化率χが高い材料としては、例えば鉄(χ=5000)、珪素鋼(χ=7000)、パーマロイ(χ=40000〜100000)、ミューメタル(χ=100000)等がある。本実施例では、厚さが1mmの鉄板を用いて十分な効果が得られたので、価格が安く製作が容易な鉄を用いた。   As described above, the bypass magnetic path forming body 240 according to the present embodiment reduces or does not flow a magnetic field in the Z direction or a global magnetic field having a vector component in the Z direction and the horizontal direction to the magnetic sensor 70. In addition, since it works to bypass and flow through the bypass magnetic path forming body 240, the higher the magnetic susceptibility χ, the higher the effect. Examples of materials having a high magnetic susceptibility χ include iron (χ = 5000), silicon steel (χ = 7000), permalloy (χ = 40000 to 100,000), and mu metal (χ = 100000). In this example, since a sufficient effect was obtained using an iron plate having a thickness of 1 mm, iron that was inexpensive and easy to manufacture was used.

このように、本実施例においては磁化率χが100以上の磁性体材料を用いると特に好ましい。その理由は、磁化率χが100以上の材料でバイパス磁路形成体240を構成すると、磁束の通りやすさが、空気の(χ+1)倍=101倍以上になるため、Z方向の磁界、或いはZ方向と水平方向のベクトル成分を持つ磁界が効果的にバイパスされるからである。   Thus, in this embodiment, it is particularly preferable to use a magnetic material having a magnetic susceptibility χ of 100 or more. The reason for this is that if the bypass magnetic path forming body 240 is made of a material having a magnetic susceptibility χ of 100 or more, the magnetic flux becomes (χ + 1) times = 101 times or more that of air. This is because a magnetic field having vector components in the Z direction and the horizontal direction is effectively bypassed.

具体的には、磁性体材料として鉄や珪素鋼を用いると特に好ましく、パーマロイ、ミューメタル等の磁化率χが7000を超える材料を用いると、バイパス磁路形成体240の板厚を薄くしても同等の効果が得られるので更に好ましいものである。   Specifically, it is particularly preferable to use iron or silicon steel as the magnetic material. When a material having a magnetic susceptibility χ of more than 7000 such as permalloy or mu metal is used, the thickness of the bypass magnetic path forming body 240 is reduced. Is more preferable because the same effect can be obtained.

また、本実施例の副次的な効果として、外乱磁界の影響を受けにくいことがあげられる。つまり、磁気センサ70の位置に外部からの磁界が入りこむと回転角の計測精度が劣化することが考えられるが、本実施例のように磁気センサ70をバイパス磁路形成体240で覆っているために、外部からの外乱磁界がバイパス磁路形成体で遮蔽されて回転角の計測精度が劣化することを抑制できることが期待できる。   Further, as a secondary effect of the present embodiment, it is difficult to be affected by a disturbance magnetic field. That is, it is conceivable that the measurement accuracy of the rotation angle deteriorates when a magnetic field from the outside enters the position of the magnetic sensor 70, but the magnetic sensor 70 is covered with the bypass magnetic path forming body 240 as in this embodiment. In addition, it can be expected that the disturbance magnetic field from the outside is shielded by the bypass magnetic path forming body and the measurement accuracy of the rotation angle can be suppressed from deteriorating.

次に本発明の第2の実施形態について図8を参照しながら説明する。本実施例2においては磁束発生体202のヨーク突起216A及び216Bの形状が3角形の形状に構成されている点で実施例1と異なっている。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the yoke protrusions 216A and 216B of the magnetic flux generator 202 are formed in a triangular shape.

実施例1ではヨーク突起216A及び216Bの形状を矩形状にしていたが、本実施例2のようにヨーク突起216A及び216Bを3角形にすると、磁気センサ70の位置に形成されるXY面内成分(磁界)の強度が大きくなるという効果がある。   In the first embodiment, the shapes of the yoke protrusions 216A and 216B are rectangular. However, if the yoke protrusions 216A and 216B are triangular as in the second embodiment, the XY in-plane component formed at the position of the magnetic sensor 70 is formed. There is an effect that the intensity of (magnetic field) is increased.

面内成分の磁界強度が大きくなる理由は、ヨーク215Aとヨーク215Bの間隔を同じとした場合において、矩形状のヨーク突起216A及び216Bの対向する長さに対して、三角形のヨーク突起216A及び216Bの対向する長さが長くなるので、XY面内成分(磁界)の強度が大きくなると考えられる。   The reason why the magnetic field intensity of the in-plane component is increased is that the triangular yoke protrusions 216A and 216B are compared to the opposing lengths of the rectangular yoke protrusions 216A and 216B when the distance between the yoke 215A and the yoke 215B is the same. It is considered that the strength of the XY in-plane component (magnetic field) is increased because the length of the opposite faces increases.

すなわち、同一の強さの磁石211を用いたとすると、三角形のヨーク突起216A及び216Bを使用すると磁気センサ70の設置位置に形成されるXY面内成分の磁界強度が強くなるという作用があり、この三角形状のヨーク突起216A及び216Bを用いると計測精度が向上する効果がある。   That is, if the magnets 211 having the same strength are used, the use of the triangular yoke protrusions 216A and 216B has the effect that the magnetic field strength of the XY in-plane component formed at the installation position of the magnetic sensor 70 increases. Using triangular yoke protrusions 216A and 216B has the effect of improving measurement accuracy.

尚、実施例1及び実施例2においては、ヨーク突起216Aの及び216Bの形状として、矩形状のものと3角形状のものを開示したが、本発明においてはこれら2つの形状に限定されるものではない。   In the first and second embodiments, the shape of the yoke protrusions 216A and 216B is disclosed as a rectangular shape and a triangular shape. However, the present invention is limited to these two shapes. is not.

本発明が対象とする磁束発生体202は、図25に模式的に示したようにN極に磁化したヨーク突起216AとS極に磁化したヨーク突起216Bとが隣接して配置された構成にある。このような構成を用いると、磁束発生体202が回転することにより磁気センサ70の配置位置の磁界のXY面内成分|Bip|の方向が変化する。したがって、磁界角を計測することにより磁束発生体202の回転角を計測することができる。   As schematically shown in FIG. 25, the magnetic flux generator 202 to which the present invention is applied has a configuration in which a yoke protrusion 216A magnetized in the N pole and a yoke protrusion 216B magnetized in the S pole are arranged adjacent to each other. . When such a configuration is used, the direction of the XY in-plane component | Bip | of the magnetic field at the position where the magnetic sensor 70 is arranged changes as the magnetic flux generator 202 rotates. Therefore, the rotation angle of the magnetic flux generator 202 can be measured by measuring the magnetic field angle.

このように、本発明が対象とする磁束発生体202は隣接するヨーク突起216A、216BがN極とS極とに交互に磁化される構成であれば、ヨーク突起216A、216Bの形状は問わないものである。いずれの形状であっても、磁石211が形成する大局的な磁力線250がZ方向に形成されるので、バイパス磁路形成体240を設ける構成によってその大局的な磁力線250の影響を大幅に低減することが出来るものである。   As described above, the shape of the yoke protrusions 216A and 216B is not limited as long as the magnetic flux generator 202 targeted by the present invention is configured such that the adjacent yoke protrusions 216A and 216B are alternately magnetized to the north and south poles. Is. Regardless of the shape, the global magnetic field lines 250 formed by the magnet 211 are formed in the Z direction, and the influence of the global magnetic field lines 250 is greatly reduced by the configuration in which the bypass magnetic path forming body 240 is provided. It can be done.

次に本発明の第3の実施形態について図9を参照しながら説明する。本実施例3においてはバイパス磁路形成体240が実施例1のように円環を所定角度で切り取った形状ではなく、上面から見た形状が矩形である点で実施例1と異なっている。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that the bypass magnetic path forming body 240 is not a shape obtained by cutting the circular ring at a predetermined angle as in the first embodiment, but is a rectangular shape when viewed from the upper surface.

図9は回転角計測装置80をZ軸上から見た図であり、本実施例3では、バイパス磁路形成体240が四角形の矩形となっており、磁束発生体202に対向、近接する対向側面240Eが直線的な形状になっている。
このように構成すると、実施例1及び実施例2に示すものと同様に磁石211が形成する大局的な磁力線250がZ方向に形成されるが、バイパス磁路形成体240を設ける構成によってその大局的な磁力線250の影響を大幅に低減することができるものである。この実施例3によればバイパス磁路形成体240を製作する場合、全体が四角形の矩形となっており、バイパス磁路形成体240の加工や製作が容易になるという効果がある。
FIG. 9 is a view of the rotation angle measuring device 80 as viewed from the Z-axis. In the third embodiment, the bypass magnetic path forming body 240 is a rectangular rectangle, and faces the magnetic flux generator 202 and is close to it. The side surface 240E has a linear shape.
With this configuration, the global magnetic field lines 250 formed by the magnet 211 are formed in the Z direction in the same manner as in the first and second embodiments. The influence of the magnetic field lines 250 can be greatly reduced. According to the third embodiment, when the bypass magnetic path forming body 240 is manufactured, the whole is a rectangular rectangle, and the bypass magnetic path forming body 240 is easily processed and manufactured.

次に本発明の第4の実施形態について図10を参照しながら説明する。本実施例4においてはバイパス磁路形成体240が実施例1のように円環を所定角度で切り取った形状ではなく、上面から見た形状が略矩形であり、磁束発生体202に対向、近接する対向側面が凹状に形成されている点で実施例1と異なっている。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the bypass magnetic path forming body 240 is not a shape obtained by cutting the circular ring at a predetermined angle as in the first embodiment, but the shape viewed from the upper surface is a substantially rectangular shape, and is opposed to and close to the magnetic flux generator 202. This embodiment differs from the first embodiment in that the opposite side surface is formed in a concave shape.

図10の(a)及び(b)は回転角計測装置80をZ軸上から見た図であり、本実施例4では、バイパス磁路形成体240が略四角形の矩形となっており、磁束発生体202に対向、近接する対向側面が凹状の輪郭を有する形状になっている。図10の(a)は磁束発生体202に対向、近接する対向側面240Fが磁束発生体202の側面形状に合わせた円弧上の輪郭を有している。   FIGS. 10A and 10B are views of the rotation angle measuring device 80 as viewed from the Z-axis. In the fourth embodiment, the bypass magnetic path forming body 240 is a substantially rectangular rectangle, and the magnetic flux Opposite side surfaces facing and close to the generator 202 have a concave contour. In FIG. 10A, the opposing side surface 240 </ b> F that faces and is close to the magnetic flux generator 202 has an arcuate contour that matches the shape of the side surface of the magnetic flux generator 202.

また、図10の(b)は磁束発生体202に対向、近接する対向側面240Gが磁束発生体202の側面形状に合わせた多角形上の輪郭を有している。このようにすると、磁束発生体202とバイパス磁路形成体240との距離(Air Gap長さ)が短くなるので、磁束発生体202の磁石211が発生する大局的な磁力線をより効果的にバイパス磁路形成体240に流すことが出来るという効果がある。   10B, the opposing side surface 240G facing and adjacent to the magnetic flux generator 202 has a polygonal outline that matches the shape of the side surface of the magnetic flux generator 202. In this way, the distance (Air Gap length) between the magnetic flux generator 202 and the bypass magnetic path forming body 240 is shortened, so that the global magnetic field lines generated by the magnet 211 of the magnetic flux generator 202 are more effectively bypassed. There is an effect that it can flow to the magnetic path forming body 240.

次に本発明の第5の実施形態について図11を参照しながら説明する。本実施例5においてはバイパス磁路形成体240の一部と磁束発生体202の一部が回転軸の軸線方向に隙間を有して夫々重なる(オーバーラップ)ように配置した点で実施例1と異なっている。尚、バイパス磁路形成体240は図9に示す実施例3のバイパス磁路形成体240を使用している。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, a portion of the bypass magnetic path forming body 240 and a portion of the magnetic flux generator 202 are arranged so as to overlap each other with a gap in the axial direction of the rotation shaft. Is different. The bypass magnetic path forming body 240 uses the bypass magnetic path forming body 240 of Example 3 shown in FIG.

図11の(a)は回転角計測装置80をZ軸上から見た図であり、図11の(b)はXZ断面を示した図である。本実施例5では、バイパス磁路形成体240の「バイパス磁路囲繞空間」の磁束発生体202に面する部分の空間厚みを磁束発生体202の厚みよりも大きくしている点に特徴がある。   FIG. 11A is a view of the rotation angle measuring device 80 as viewed from the Z axis, and FIG. 11B is a view showing an XZ cross section. The fifth embodiment is characterized in that the thickness of the portion of the bypass magnetic path forming body 240 facing the magnetic flux generator 202 in the “bypass magnetic path surrounding space” is larger than the thickness of the magnetic flux generator 202. .

つまり、図11(b)の断面図からわかるように、バイパス磁路形成体240の第1面240Aが回転軸の軸線方向で磁束発生体202のヨーク215Aの上方に位置するように、また第2面240Bが回転軸の軸線方向でヨーク215Bの下面に位置するように構成することで、磁束発生体202とバイパス磁路形成体240とを互いに重なる形で配置したものである。   That is, as can be seen from the cross-sectional view of FIG. 11 (b), the first surface 240A of the bypass magnetic path forming body 240 is positioned above the yoke 215A of the magnetic flux generator 202 in the axial direction of the rotation axis. By configuring the two surfaces 240B to be positioned on the lower surface of the yoke 215B in the axial direction of the rotating shaft, the magnetic flux generator 202 and the bypass magnetic path forming body 240 are arranged so as to overlap each other.

これにより、バイパス磁路形成体240の形状は加工が容易な形状に保ちつつ、磁束発生体202からの大局的な磁力線を効果的にバイパス磁路形成体240にバイパスすることが可能となる。また、磁束発生体202とバイパス磁路形成体240とを互いに重なる形で配置されているため、大局的な磁力線205がZ軸方向から侵入する度合いが実施例1に比べて少なくなり、より計測精度を向上できる構成となっている。   As a result, it is possible to effectively bypass the global magnetic field lines from the magnetic flux generator 202 to the bypass magnetic path forming body 240 while keeping the shape of the bypass magnetic path forming body 240 in an easily processable shape. In addition, since the magnetic flux generator 202 and the bypass magnetic path forming body 240 are arranged so as to overlap each other, the degree of the entry of the global magnetic field lines 205 from the Z-axis direction is smaller than in the first embodiment, and the measurement is further performed. The configuration can improve the accuracy.

ここで、バイパス磁路形成体240とヨーク215A、215Bの重なり度合いであるが、少なくともバイパス磁路形成体240の両先端角部がヨーク215A、215Bの外周縁と重なる位置まで延びるようにすることが望ましく、本実施例5ではバイパス磁路形成体240の両先端角部がヨーク215A、215Bの外周縁を超えて延びるように構成されている。   Here, the degree of overlap between the bypass magnetic path forming body 240 and the yokes 215A and 215B is such that at least the two corners of the bypass magnetic path forming body 240 extend to a position overlapping the outer peripheral edge of the yoke 215A and 215B. In the fifth embodiment, the both end corners of the bypass magnetic path forming body 240 are configured to extend beyond the outer peripheral edges of the yokes 215A and 215B.

次に本発明の第6の実施形態について図12を参照しながら説明する。本実施例6においてはバイパス磁路形成体240の構成を提案している。本実施例6では、バイパス磁路形成体240は図9に示す実施例3のバイパス磁路形成体240を使用している。そして、バイパス磁路形成体240はその第3面240Cに開口部246を形成することが特徴となっている。このような構成にすることで、磁気センサ70の設置が容易になるという効果がある。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the sixth embodiment, a configuration of the bypass magnetic path forming body 240 is proposed. In the sixth embodiment, the bypass magnetic path forming body 240 uses the bypass magnetic path forming body 240 of the third embodiment shown in FIG. The bypass magnetic path forming body 240 is characterized by forming an opening 246 in the third surface 240C. With such a configuration, the magnetic sensor 70 can be easily installed.

具体的には、開口部246を通して磁気センサ70をバイパス磁路形成体240の「バイパス磁路囲繞空間」に導入したり、逆に開口部246の反対側の開口部240Dから磁気センサ70を「バイパス磁路囲繞空間」に導入したりすることができる。この場合、開口部246が磁気センサ70の信号配線の引き出し口となる。このように、開口部246を設けたことにより磁気センサ70の導入が容易になる、或いは磁気センサ70の信号配線の引き出し口として用いることができる。   Specifically, the magnetic sensor 70 is introduced into the “bypass magnetic path surrounding space” of the bypass magnetic path forming body 240 through the opening 246, or conversely, the magnetic sensor 70 is moved from the opening 240 D on the opposite side of the opening 246 to “ Or can be introduced into a “bypass magnetic path enclosure space”. In this case, the opening 246 serves as a lead-out port for the signal wiring of the magnetic sensor 70. In this manner, the magnetic sensor 70 can be easily introduced by providing the opening 246, or can be used as a signal wiring outlet of the magnetic sensor 70.

ここで、バイパス磁路形成体240は磁性体なのでリラクタンス(磁気リラクタンス)が小さく、空気中と比べて磁束が通りやすい。そのため、バイパス磁路形成体240の一部が開口部246となっていると、バイパス磁路形成体240内の磁束は開口部246を避けて流れるようになる。したがって、バイパス磁路形成体240の一部に開口部が設けられていても磁束をバイパスする効果が得られる。   Here, since the bypass magnetic path formation body 240 is a magnetic body, reluctance (magnetic reluctance) is small, and magnetic flux is easy to pass compared with the air. Therefore, when a part of the bypass magnetic path forming body 240 is the opening 246, the magnetic flux in the bypass magnetic path forming body 240 flows while avoiding the opening 246. Therefore, even if an opening is provided in a part of the bypass magnetic path forming body 240, the effect of bypassing the magnetic flux can be obtained.

図12ではバイパス磁路形成体240の構成面のひとつ、ここでは第3面240Cに開口部246を設けた例を示したが、複数の構成面に開口部246を設けてももちろん良い。   Although FIG. 12 shows an example in which the opening 246 is provided in one of the constituent surfaces of the bypass magnetic path forming body 240, here, the third surface 240C, the openings 246 may be provided in a plurality of constituent surfaces.

実施例6の変形例を図13に示しており、この変形例ではバイパス磁路形成体240の第2面240B(下面)に開口部246を形成している。この変形例では磁気センサ70はバイパス磁路形成体240の開口部240Dから挿入されて「バイパス磁路囲繞空間」、或いは「バイパス磁路内包空間」に設置されるが、信号配線208は引き出し口となる開口部246から引き出されるようになっている。   A modification of the sixth embodiment is shown in FIG. 13, and in this modification, an opening 246 is formed on the second surface 240 </ b> B (lower surface) of the bypass magnetic path forming body 240. In this modification, the magnetic sensor 70 is inserted from the opening 240D of the bypass magnetic path forming body 240 and installed in the “bypass magnetic path surrounding space” or “bypass magnetic path enclosing space”. It is pulled out from the opening 246 which becomes.

このように信号線208をバイパス磁路形成体240の第2面240B(下面)に設けると、例えばバイパス磁路形成体240の第3面240Cに引き出し開口を設けられない場合とか、この回転角計測装置を取り付ける場所が制約され、例えば図19にあるような電動機に設ける場合に軸方向に引き出し線を出す必要がある場合に有効な構成である。   When the signal line 208 is provided on the second surface 240B (lower surface) of the bypass magnetic path forming body 240 in this way, for example, the third surface 240C of the bypass magnetic path forming body 240 may not be provided with a lead opening, or the rotation angle. This is an effective configuration when the place where the measuring device is attached is restricted, for example, when a lead wire needs to be drawn out in the axial direction when it is provided in an electric motor as shown in FIG.

尚、上記した種々のバイパス磁路形成体240は磁性体がむき出しであるが、インサート成型のような手法を用いて合成樹脂で全体を覆うようにするのとさらに望ましい。この場合は磁気センサ70も合成樹脂によって液密に囲繞してバイパス磁路形成体の「バイパス磁路内包空間」或いは「バイパス磁路内包空間」と図4に示す領域Bの接続部分等に設置するが、バイパス磁路形成体240に強固に固定することが必要である。また、この磁気センサ70とバイパス磁路形成体240は一体的に制作して寸法関係を正確に出すことが重要である。このために、両者を一体として管理するとさらに望ましい構成となる。   In addition, although the above-mentioned various bypass magnetic path formation bodies 240 are exposed magnetic bodies, it is more desirable to cover the whole with synthetic resin using a technique such as insert molding. In this case, the magnetic sensor 70 is also surrounded by a synthetic resin in a liquid-tight manner, and is installed at a connection portion between the “bypass magnetic path inclusion space” or “bypass magnetic path inclusion space” of the bypass magnetic path forming body and the region B shown in FIG. However, it is necessary to firmly fix the bypass magnetic path forming body 240. In addition, it is important that the magnetic sensor 70 and the bypass magnetic path forming body 240 are integrally manufactured so that the dimensional relationship can be accurately obtained. For this reason, if both are managed as one, it will become a more desirable composition.

次に本発明の第7の実施形態について図14を参照しながら説明する。本実施例においてはバイパス磁路形成体240が磁気センサ70の設置位置を境に分割されているという点が実施例1と異なっている。 Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The seventh embodiment is different from the first embodiment in that the bypass magnetic path forming body 240 is divided with the installation position of the magnetic sensor 70 as a boundary.

分割された2つのバイパス磁路形成体240-1、240-2の間の空間を「磁路分離空間」と定義し、2つのバイパス磁路の間の距離を「磁路分離長さ」と定義する。更に、磁路分離長さを回転中心線226から見た見込角を「磁路分離角」と定義する。言い換えれば、「磁路分離角」は、回転中心線226と「磁路分離空間」の両端とを結んでできる2本の直線のなす角度である。   A space between the divided two bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2 is defined as “magnetic path separation space”, and a distance between the two bypass magnetic paths is defined as “magnetic path separation length”. Define. Further, the expected angle when the magnetic path separation length is viewed from the rotation center line 226 is defined as “magnetic path separation angle”. In other words, the “magnetic path separation angle” is an angle formed by two straight lines formed by connecting the rotation center line 226 and both ends of the “magnetic path separation space”.

本実施例7において、磁路分離空間は概ねZ方向(軸線方向)に沿って形成されるもので、分割されたそれぞれのバイパス磁路形成体240-1、240-2は磁石211のN極からS極へつながる磁路を形成するように分割されている。   In the seventh embodiment, the magnetic path separation space is formed substantially along the Z direction (axial direction), and each of the divided bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2 is the N pole of the magnet 211. Is divided so as to form a magnetic path connected to the S pole.

尚、本実施例7とは逆にN極からS極へつながる磁路を分割してしまうと、磁路のリラクタンス(磁気抵抗)、すなわち磁束の通りにくさが増大してしまうため、N極からS極に向かう不要な磁束をバイパスするという機能を果たさなくなってしまうようになる。本実施例7ではN極からS極に至る磁路は維持されているので、磁束をバイパスする効果は保持されるものである。   In contrast to the seventh embodiment, if the magnetic path connected from the N pole to the S pole is divided, the reluctance (magnetic resistance) of the magnetic path, that is, the difficulty of passing the magnetic flux increases. Thus, the function of bypassing unnecessary magnetic fluxes from to the south pole will not be performed. In Example 7, since the magnetic path from the N pole to the S pole is maintained, the effect of bypassing the magnetic flux is maintained.

以上のように、「磁路分離空間」は概ねZ方向(軸方向)に沿っていればよく、Z方向に対して少し斜めの方向に形成されていても良いが、あまリ大きく傾斜されていると好ましくなく、傾斜の度合いはそのシステムが組まれる仕様に合わせて許容できる範囲を策定すればよいものである。   As described above, the “magnetic path separation space” may be substantially along the Z direction (axial direction), and may be formed in a slightly oblique direction with respect to the Z direction. However, the degree of inclination should be determined within an allowable range according to the specifications for which the system is built.

この本実施例7で定義した「磁路分離空間」は、上述した「バイパス磁路作用空間」の定義に含まれるものであり、その理由は、後述の通り「磁路分離空間」内ではバイパス磁路磁路形成体240-1、240-2の作用により、磁界のZ方向成分が充分低減しているからである。そのため、「磁路分離空間」に磁気センサ70を配置すると、本発明の効果である、磁気センサ70の設置位置の許容度が大きくとれると共に、計測精度が向上できるという効果が期待できる。   The “magnetic path separation space” defined in the seventh embodiment is included in the definition of the “bypass magnetic path action space” described above. This is because the Z-direction component of the magnetic field is sufficiently reduced by the action of the magnetic path magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2. For this reason, when the magnetic sensor 70 is arranged in the “magnetic path separation space”, the effects of the present invention, that is, the tolerance of the installation position of the magnetic sensor 70 can be increased and the measurement accuracy can be improved.

次に、本実施例7にある「磁路分離空間」によって磁路が分離されている場合の磁束のバイパス効果について説明する。前述の通り、本発明の課題は回転角の情報を含まないZ方向の磁界成分を低減させることである。したがって、磁気センサ70を設置する位置での磁界のZ方向成分の大きさ|Bz|を調べれば効果の度合いを知ることができる。すなわち、磁気センサ70を設置する位置での磁界のZ方向成分の大きさ|Bz|が小さいほど効果が得られていることがわかる。   Next, the magnetic flux bypass effect when the magnetic path is separated by the “magnetic path separation space” in the seventh embodiment will be described. As described above, an object of the present invention is to reduce a magnetic field component in the Z direction that does not include rotation angle information. Therefore, the degree of effect can be known by examining the magnitude | Bz | of the Z direction component of the magnetic field at the position where the magnetic sensor 70 is installed. That is, it is understood that the effect is obtained as the magnitude | Bz | of the Z direction component of the magnetic field at the position where the magnetic sensor 70 is installed is smaller.

そこで、図15にあるようにバイパス磁路形成体240-1、240-2を配置した構成において点線上の測定位置P(α)でのZ方向成分の大きさ|Bz|を磁界計算により求めた。測定位置P(α)はX軸から角度αだけ離れた場所であり、今回はこの角度αをX軸基準に−30°から+30°まで振った時のZ方向成分の大きさ|Bz|について磁界計算した。また、2個のバイパス磁路形成体240−1、240−2を磁路分離角βだけ離して配置してあるので、この磁路分離角βを5°、10°、20°、30°とした場合のそれぞれについて磁界計算を行った。   Therefore, as shown in FIG. 15, in the configuration in which the bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2 are arranged, the magnitude | Bz | of the Z direction component at the measurement position P (α) on the dotted line is obtained by magnetic field calculation. It was. The measurement position P (α) is a place away from the X axis by an angle α. This time, the magnitude | Bz | of the Z direction component when the angle α is swung from −30 ° to + 30 ° with respect to the X axis. The magnetic field was calculated. Further, since the two bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2 are arranged apart from each other by the magnetic path separation angle β, the magnetic path separation angle β is set to 5 °, 10 °, 20 °, and 30 °. In each case, magnetic field calculation was performed.

図16に各測定位置測定位置P(α)におけるZ方向成分の大きさ|Bz|の値を示した。図16からわかるように、磁路分離角βを5°、10°、20°、30°とした場合であってもバイパス磁路形成体240-1、240-2で囲まれた空間内ではZ方向成分の大きさ|Bz|は10mT程度である。   FIG. 16 shows the value of the magnitude | Bz | of the Z direction component at each measurement position measurement position P (α). As can be seen from FIG. 16, even when the magnetic path separation angle β is set to 5 °, 10 °, 20 °, and 30 °, in the space surrounded by the bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2. The magnitude | Bz | of the Z direction component is about 10 mT.

そして、磁路分離角β=5°の構成ではZ方向成分の大きさ|Bz|はバイパス磁路形成体240-1、240-2の内部空間内とほぼ同じ程度の低いレベルである。また、磁路分離角β=10°でもZ方向成分の大きさ|Bz|は十分に小さいことが判る。一方、この磁路分離角βが大きくなるにつれてZ方向成分の大きさ|Bz|が大きくなっていき、磁路分離角β=30°だと、測定位置P(α)=0(X軸上)においては80mTであり、バイパス磁路形成体240-1、240-2(240)が無い場合の強度である約100mTと同等レベルになリ、その効果が著しく低減していることが判る。   In the configuration where the magnetic path separation angle β = 5 °, the magnitude | Bz | of the Z direction component is at a low level that is almost the same as that in the internal space of the bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2. It can also be seen that the magnitude | Bz | of the Z direction component is sufficiently small even at the magnetic path separation angle β = 10 °. On the other hand, as the magnetic path separation angle β increases, the magnitude | Bz | of the Z direction component increases. When the magnetic path separation angle β = 30 °, the measurement position P (α) = 0 (on the X axis) ) Is 80 mT, which is about the same level as the strength of about 100 mT in the absence of the bypass magnetic path forming bodies 240-1, 240-2 (240), and it can be seen that the effect is remarkably reduced.

このように、図16の結果からわかる通りバイパス磁路形成体240をバイパス磁路形成体240-1、240-2のように2個に分割して配置した場合でも、「磁路分離空間」にはバイパス磁路形成体240-1、240-2による磁束の低減効果があることが理解できる。また、図16からわかるように、磁路分離角βを10度以下に設定するとより高い効果が得られるのでさらに好ましい結果が得られるようになる。   Thus, as can be seen from the results of FIG. 16, even when the bypass magnetic path forming body 240 is divided into two parts such as the bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2, the “magnetic path separation space” It can be understood that there is a magnetic flux reduction effect by the bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2. Further, as can be seen from FIG. 16, when the magnetic path separation angle β is set to 10 degrees or less, a higher effect can be obtained, and a more preferable result can be obtained.

本実施例7の構成による効果は、磁気センサ70の設置許容度が向上すると共に、回転角の計測精度が向上するという共通の効果に加えて、磁気センサ70を設置しやすいという効果がある。   The effect of the configuration of the seventh embodiment has an effect that it is easy to install the magnetic sensor 70 in addition to the common effect that the installation tolerance of the magnetic sensor 70 is improved and the measurement accuracy of the rotation angle is improved.

この効果は、磁気センサ70の設置位置が磁路分離空間で良いため、磁気センサ70をバイパス磁路形成体240-1、240-2の内部に設置したり、磁気センサ70の信号配線の引き出しが容易になるということに起因している。   This effect is because the magnetic sensor 70 may be installed in the magnetic path separation space, so that the magnetic sensor 70 is installed inside the bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2, or the signal wiring of the magnetic sensor 70 is pulled out. This is because it becomes easier.

次に本発明の第8の実施形態について図17を参照しながら説明する。本実施例8においては磁気センサ70を複数個、ここでは2個設置した点で実施例1と異なっている。本実施例8においては2個の磁気センサ70−1、70−2による冗長系の構成にすることで、回転角計測装置80の信頼性を向上させることが出来る。この信頼性とは磁気センサ70自身が有する計測精度に関する信頼性ではなく、故障や異常に対する信頼性を意味している。   Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The eighth embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of magnetic sensors 70, two here, are installed. In the eighth embodiment, the reliability of the rotation angle measuring device 80 can be improved by adopting a redundant system configuration with two magnetic sensors 70-1 and 70-2. This reliability is not the reliability related to the measurement accuracy possessed by the magnetic sensor 70 itself, but means the reliability with respect to failures and abnormalities.

従来のような設置方法では磁気センサ70の設置位置の許容度が狭かったため、基本的には磁気センサ70はZ=0mm(基準位置)の位置にしか設置することが許されていなかった。このため、2個の磁気センサ70を用いる等の冗長系を考慮した構成は採用できず、また採用しても例えばプリント基板の厚さ等の影響によって軸方向の設置位置のずれが生じて計測精度が悪くなっていた。この計測精度が悪くなる理由は既に説明した通りである。   In the conventional installation method, since the tolerance of the installation position of the magnetic sensor 70 was narrow, basically, the magnetic sensor 70 was allowed to be installed only at a position of Z = 0 mm (reference position). For this reason, a configuration that takes into account a redundant system such as the use of two magnetic sensors 70 cannot be adopted, and even if it is adopted, the axial installation position shifts due to the influence of the thickness of the printed circuit board, for example. The accuracy was getting worse. The reason why the measurement accuracy is deteriorated is as described above.

これに対して、今まで説明してきたようにバイパス磁路形成体240を設ける構成によって、磁気センサ70の設置位置の許容度が大幅に増大したので図17に示す構成を採用することが可能になった。図17において、磁気センサ70−1、70−2はプリント基板161の両側に間隔をおいて設置されており、この実施例では磁気センサ70−1、70−2はプリント基板161に接着等の手法によって固定されている。図6の特性図に示してあるように、バイパス磁路形成体240を設けることによってZ=0.5mmでも精度よく回転角を計測できる。よって、例えば、厚さ1mmのプリント基板161の両面側に磁気センサ70−1、70−2を設置したとしても、夫々の磁気センサ70−1、70−2はZ=0mm(基準点)に対してZ=±0.5mmのずれを伴って位置するので、十分な計測精度が得られるようになる。   On the other hand, since the tolerance of the installation position of the magnetic sensor 70 is greatly increased by the configuration in which the bypass magnetic path forming body 240 is provided as described above, the configuration shown in FIG. 17 can be adopted. became. In FIG. 17, the magnetic sensors 70-1 and 70-2 are installed on both sides of the printed circuit board 161 with a space therebetween. In this embodiment, the magnetic sensors 70-1 and 70-2 are bonded to the printed circuit board 161. It is fixed by the method. As shown in the characteristic diagram of FIG. 6, by providing the bypass magnetic path forming body 240, the rotation angle can be accurately measured even when Z = 0.5 mm. Therefore, for example, even if the magnetic sensors 70-1 and 70-2 are installed on both sides of the printed board 161 having a thickness of 1 mm, the magnetic sensors 70-1 and 70-2 are set to Z = 0 mm (reference point). On the other hand, since it is located with a deviation of Z = ± 0.5 mm, sufficient measurement accuracy can be obtained.

このように、磁気センサ70を複数個(ここでは2個)用いた冗長系の構成を用いることにより、磁気センサ70の異常(fault)や故障(failure)を検出することができる。また、どちらかの磁気センサ70で異常や故障が発生した場合に、正常動作している磁気センサの信号を用いたバックアップ動作に切り替えることで正しい回転角情報を出力し続けることが可能になるといった効果が期待できる。   In this way, by using a redundant configuration using a plurality (two in this case) of the magnetic sensors 70, it is possible to detect a fault or failure of the magnetic sensor 70. In addition, when an abnormality or failure occurs in one of the magnetic sensors 70, it is possible to continue outputting correct rotation angle information by switching to a backup operation using a signal of a normally operating magnetic sensor. The effect can be expected.

次に本発明の第9の実施形態について図18を参照しながら説明する。本実施例9においては3角形のヨーク突起216A、216Bを有する磁束発生体202と、2個の磁気センサ70−1、70−2とを用いた点で実施例1と異なっている。   Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The ninth embodiment is different from the first embodiment in that a magnetic flux generator 202 having triangular yoke protrusions 216A and 216B and two magnetic sensors 70-1 and 70-2 are used.

この実施例9では実施例8に示す冗長系の構成を採用できることはもちろんであるが、本実施例9では三角形のヨーク突起216A、216Bの特性を利用して以下に述べるような別の作用効果を得ることができる。   In the ninth embodiment, the configuration of the redundant system shown in the eighth embodiment can be adopted. However, in the ninth embodiment, another function and effect described below is made by using the characteristics of the triangular yoke protrusions 216A and 216B. Can be obtained.

図18にあるような3角形のヨーク突起216A、216Bを用いると、磁束が効率的に取り出せるという利点がある。しかしながら、磁気センサ70の設置位置である磁界計測位置がZ=0mm(基準点)からずれると図26で説明したように磁界角分布が変化するという現象がある。   Use of the triangular yoke protrusions 216A and 216B as shown in FIG. 18 has an advantage that the magnetic flux can be taken out efficiently. However, when the magnetic field measurement position, which is the installation position of the magnetic sensor 70, deviates from Z = 0 mm (reference point), the magnetic field angle distribution changes as described with reference to FIG.

本実施例9では、第1磁気センサ70-1、及び第2磁気センサ70-2の設置位置をそれぞれZ=0mm(基準点)から所定長さ+Z1、−Z1とすると、プリント基板161の設置位置がZ=0mm(基準点)から+Z1側にΔdにずれた場合、第1磁気センサ70-1、及び第2磁気センサ70-2の位置はZ=0mm(基準点)からそれぞれ(Z1+Δd)、(−Z+Δd)に変化する。   In the ninth embodiment, when the installation positions of the first magnetic sensor 70-1 and the second magnetic sensor 70-2 are respectively set to the predetermined lengths + Z1 and -Z1 from Z = 0 mm (reference point), the printed circuit board 161 is installed. When the position deviates by Δd from Z = 0 mm (reference point) to + Z1 side, the positions of the first magnetic sensor 70-1 and the second magnetic sensor 70-2 are (Z1 + Δd) from Z = 0 mm (reference point), respectively. , (−Z + Δd).

したがって、第1磁気センサ70-1はZ=0mm(基準点)から離れる方向に位置が変化し、第2磁気センサ70-2はZ=0mm(基準点)に近づく方向に位置が変化することになる。よって、第1磁気センサ70-1の磁界角の発生位相と第2磁気センサ70-2の磁界角の発生位相の両者の平均値を求めると、プリント基板161の設置位置の変動Δdの影響を相殺できるようになる。この場合、各磁気センサ70-1、70-2から出力される磁界角は別に設けた演算機能を備えた制御装置で求めることができる。   Therefore, the position of the first magnetic sensor 70-1 changes in a direction away from Z = 0 mm (reference point), and the position of the second magnetic sensor 70-2 changes in a direction closer to Z = 0 mm (reference point). become. Therefore, when the average value of both the generated phase of the magnetic field angle of the first magnetic sensor 70-1 and the generated phase of the magnetic field angle of the second magnetic sensor 70-2 is obtained, the influence of the variation Δd of the installation position of the printed circuit board 161 is obtained. Can be offset. In this case, the magnetic field angle output from each of the magnetic sensors 70-1 and 70-2 can be obtained by a control device having a separate calculation function.

このように、3角形のヨーク突起216A、216Bを有する磁束発生体202と、2個の磁気センサ70-1、70-2とを組み合わせることにより、プリント基板161の位置変動の影響を受けにくい回転角計測装置80を得ることができる。   As described above, by combining the magnetic flux generator 202 having the triangular yoke protrusions 216A and 216B and the two magnetic sensors 70-1 and 70-2, the rotation hardly affected by the position fluctuation of the printed circuit board 161 is achieved. The angle measuring device 80 can be obtained.

次に本発明の更なる実施形態として、上述した回転角計測装置80を利用した回転機械について図面に基づいて説明する。尚、ここでいう回転機械とは、電動機や発電機はいうに及ばず、要は回転軸等の回転要素を含む機械を含む概念である。   Next, as a further embodiment of the present invention, a rotating machine using the rotation angle measuring device 80 described above will be described with reference to the drawings. The term “rotary machine” here is not limited to an electric motor or a generator, but is a concept including a machine including a rotary element such as a rotary shaft.

図19は本実施例10になる回転機械の断面を示すもので、本実施例10は電動機であり電動機部100と回転角検出部200とで構成される。   FIG. 19 shows a cross section of a rotating machine according to the tenth embodiment. The tenth embodiment is an electric motor and includes an electric motor unit 100 and a rotation angle detection unit 200.

電動機部100は、複数の固定磁極と複数の回転磁極との磁気的作用により複数の回転磁極が回転することにより回転トルクを発生するものであって、複数の固定磁極を構成するステータ110及び複数の回転磁極を構成するロータ120から構成されている。ステータ110はステータコア111と、ステータコア111に装着されたステータコイル112から構成されている。ロータ120はステータ110の内周側に空隙を介して対向配置され、回転可能に支持されている。本実施例10では電動機として三相交流式の永久磁石型同期電動機を用いている。   The electric motor unit 100 generates rotational torque by rotating a plurality of rotating magnetic poles by a magnetic action of a plurality of fixed magnetic poles and a plurality of rotating magnetic poles, and includes a stator 110 and a plurality of stators constituting the plurality of fixed magnetic poles. It is comprised from the rotor 120 which comprises this rotating magnetic pole. The stator 110 includes a stator core 111 and a stator coil 112 attached to the stator core 111. The rotor 120 is disposed to face the inner peripheral side of the stator 110 via a gap and is rotatably supported. In the tenth embodiment, a three-phase AC permanent magnet synchronous motor is used as the motor.

電動機本体を囲む筐体は円筒状のフレーム101と、フレーム101の軸方向両端部に設けられた第1ブラケット102および第2ブラケット103から構成されている。第1ブラケット101の央部には軸受106が、第2ブラケット103の中央部には軸受107がそれぞれ設けられており、これらの軸受106,107は回転軸121を回転可能なように支持している。 The casing surrounding the electric motor main body is composed of a cylindrical frame 101 and a first bracket 102 and a second bracket 103 provided at both axial ends of the frame 101. Bearing 106 in the central portion in the first bracket 101, the center portion of the second bracket 103 is provided a bearing 107, respectively, these bearings 106 and 107 is rotatably supported by the rotation shaft 121 ing.

フレーム101と第1ブラケット102との間にはシール部材(図示せず)が設けられており、このシール部材は環状に設けられたOリングでフレーム101と第1ブラケット102によって軸方向及び径方向から挟み込まれて圧縮されている。これにより、フレーム101と第1ブラケット102との間を液密的に封止できてフロント側を防水できる。また、フレーム101と第2ブラケット103との間も同様にシール部材(図示せず)により防水されている。   A seal member (not shown) is provided between the frame 101 and the first bracket 102, and this seal member is an O-ring provided in an annular shape by the frame 101 and the first bracket 102 in the axial direction and the radial direction. It is sandwiched between and compressed. Thereby, between the flame | frame 101 and the 1st bracket 102 can be sealed fluid-tightly, and the front side can be waterproofed. Similarly, the frame 101 and the second bracket 103 are also waterproofed by a seal member (not shown).

ステータ110はステータコア111と、ステータコア111に装着されたステータコイル112から構成され、フレーム101の内周面に設置されている。ステータコア111は複数の珪素鋼板を軸方向に積層して形成した磁性体(磁路形成体)であり、円環状のバックコアと、バックコアの内周部から径方向内側に突出して、周方向に等間隔に配置された複数のティースから構成されている。   The stator 110 includes a stator core 111 and a stator coil 112 attached to the stator core 111, and is installed on the inner peripheral surface of the frame 101. The stator core 111 is a magnetic body (magnetic path forming body) formed by laminating a plurality of silicon steel plates in the axial direction. The stator core 111 protrudes inward in the radial direction from the annular back core and the inner peripheral portion of the back core. It is comprised from the several teeth arrange | positioned at equal intervals.

複数のティースの夫々にはステータコイル112を構成する巻線導体が集中的に巻回されている。複数の巻線導体はステータコイル112の一方のコイルエンド部(第2ブラケット103側)の軸方向端部に並置された結線部材によって相毎に電気的に接続され、さらには3相巻線として電気的に接続されている。3相巻線の結線方式にはΔ(デルタ)結線方式とY(スター)結線方式がある。本実施例では、Δ(デルタ)結線方式を採用している。   A winding conductor constituting the stator coil 112 is intensively wound around each of the plurality of teeth. The plurality of winding conductors are electrically connected for each phase by a connecting member juxtaposed at the axial end of one coil end portion (on the second bracket 103 side) of the stator coil 112, and further as a three-phase winding. Electrically connected. Three-phase winding connection methods include a Δ (delta) connection method and a Y (star) connection method. In this embodiment, a Δ (delta) connection method is adopted.

ロータ120は、回転軸121の外周面上に固定されたロータコアと、マグネットとで構成される(ロータコアとマグネットは図示せず)。表面磁石型永久磁石モータでは、複数のマグネットをロータコアの表面に配置する。埋込磁石型永久磁石モータではマグネットをロータコアの内部に埋め込む。   The rotor 120 includes a rotor core fixed on the outer peripheral surface of the rotating shaft 121 and a magnet (the rotor core and the magnet are not shown). In the surface magnet type permanent magnet motor, a plurality of magnets are arranged on the surface of the rotor core. In the embedded magnet type permanent magnet motor, the magnet is embedded in the rotor core.

次に、回転角検出部200の構成を説明する。回転角検出部200は磁気センサ70と磁束発生体202、およびバイパス磁路形成体240とで構成されている。   Next, the configuration of the rotation angle detection unit 200 will be described. The rotation angle detection unit 200 includes a magnetic sensor 70, a magnetic flux generator 202, and a bypass magnetic path forming body 240.

磁束発生体202は、回転機械の回転軸121の回転に連動して、回転中心線226に沿って回転する。図19の構成では、回転機械の回転軸121に磁束発生体202を取り付けている。但し、本発明はこの構成に限定されるものではなく、回転機械の回転軸121と磁束発生体202を設置する回転軸とを別の軸とし、両者の軸をギアなどで接続して連動して回転するようにしてもよい。同様にして、ギアなどによる回転方向変換により、回転機械の回転軸121の回転中心線と磁束発生体の回転中心線とを別物にしてもよい。   The magnetic flux generator 202 rotates along the rotation center line 226 in conjunction with the rotation of the rotating shaft 121 of the rotating machine. In the configuration of FIG. 19, the magnetic flux generator 202 is attached to the rotating shaft 121 of the rotating machine. However, the present invention is not limited to this configuration, and the rotating shaft 121 of the rotating machine and the rotating shaft on which the magnetic flux generator 202 is installed are separate shafts, and both shafts are connected by gears or the like. May be rotated. Similarly, the rotation center line of the rotating shaft 121 of the rotating machine and the rotation center line of the magnetic flux generator may be made different from each other by changing the rotation direction using a gear or the like.

磁束発生体202の構成は図1に示したものと同様の構成である。すなわち、回転中心線226の方向に着磁された2極磁石211と2つのヨーク215A、215Bとで構成される。ヨーク215A、215Bは、それぞれ櫛歯状のヨーク突起216A、216Bを有する。尚、図19では、磁束発生体202を構成するヨーク215A、215Bとヨーク突起216A、216Bの図示は省略してある。   The configuration of the magnetic flux generator 202 is the same as that shown in FIG. That is, it is composed of a dipole magnet 211 magnetized in the direction of the rotation center line 226 and the two yokes 215A and 215B. The yokes 215A and 215B have comb-shaped yoke protrusions 216A and 216B, respectively. In FIG. 19, the yokes 215A and 215B and the yoke protrusions 216A and 216B constituting the magnetic flux generator 202 are not shown.

バイパス磁路形成体240は磁化率が10以上の磁性体材料を用いることにし、本実施例では板厚1mmの珪素鋼板を用いた。バイパス磁路形成体240の構造は図4に示したものと同様である。バイパス磁路形成体240は固定具132を用いて第2ブラケット103に固定した。   The bypass magnetic path forming body 240 is made of a magnetic material having a magnetic susceptibility of 10 or more. In this embodiment, a silicon steel plate having a thickness of 1 mm is used. The structure of the bypass magnetic path forming body 240 is the same as that shown in FIG. The bypass magnetic path forming body 240 was fixed to the second bracket 103 using the fixing tool 132.

磁気センサ70はバイパス磁路形成体240の「バイパス磁路作用空間」内に設置したが、更に詳しくいえば特に「バイパス磁路囲繞空間」内に磁気センサ70を設置した。磁気センサ70には磁界方向計測センサを用い、磁界感受面が回転中心線226を法線とする平面と平行になるように配置した。   The magnetic sensor 70 is installed in the “bypass magnetic path working space” of the bypass magnetic path forming body 240, but more specifically, the magnetic sensor 70 is installed in the “bypass magnetic path surrounding space”. A magnetic field direction measuring sensor was used as the magnetic sensor 70, and the magnetic field sensing surface was arranged so as to be parallel to a plane having the rotation center line 226 as a normal line.

図3に示したものと同様に、回転中心線226をZ軸と定義し、Z軸の原点は磁束発生体202の厚み方向の中点に設定する。つまり、上述したZ=0mmm(基準点)を表しており、この基準点に合わせて磁気センサ70が設置されるように構成されている。これによって、設計上は最も計測精度が良い位置で磁気センサ70がヨーク突起216A、216Bによる変調磁界を検出するようになっている。ただ、繰り返して述べるが実際には設計通りに磁気センサ70をZ=0mmm(基準点)に設置することが難しく、わずか軸方向に0.5mmmずれただけでも計測精度が大きく低下するようになる。このため本発明になるバイパス磁路形成体240によってこのずれによる計測精度の低下を抑制するようにしたものである。   Similar to that shown in FIG. 3, the rotation center line 226 is defined as the Z axis, and the origin of the Z axis is set to the midpoint of the magnetic flux generator 202 in the thickness direction. That is, it represents Z = 0 mm (reference point) described above, and is configured such that the magnetic sensor 70 is installed in accordance with this reference point. As a result, the magnetic sensor 70 detects the modulation magnetic field generated by the yoke protrusions 216A and 216B at a position where the measurement accuracy is best in terms of design. However, although it will be described repeatedly, it is actually difficult to install the magnetic sensor 70 at Z = 0 mm (reference point) as designed, and even if it is slightly shifted by 0.5 mm in the axial direction, the measurement accuracy is greatly reduced. . Therefore, the bypass magnetic path forming body 240 according to the present invention suppresses a decrease in measurement accuracy due to this deviation.

このような構成にすることで、磁束発生体202のヨーク突起216A、216Bが生成する局所的な変調磁界を検出して、回転軸121の回転角に連動した磁界角を磁気センサ70で計測できるようになる。   With such a configuration, a local modulation magnetic field generated by the yoke protrusions 216 </ b> A and 216 </ b> B of the magnetic flux generator 202 can be detected, and the magnetic field angle linked to the rotation angle of the rotating shaft 121 can be measured by the magnetic sensor 70. It becomes like this.

そして、磁界角分布(磁界角プロファイル)のセクタ間の再現性は、ヨーク突起216A、216Bの機械的精度で支配されるのでセクタ間の再現性が高い。そのため、測定された磁界角から回転軸121の回転角を精度良く計測することが可能となる。   The reproducibility between the sectors of the magnetic field angle distribution (magnetic field angle profile) is governed by the mechanical accuracy of the yoke protrusions 216A and 216B, so that the reproducibility between the sectors is high. Therefore, the rotation angle of the rotation shaft 121 can be accurately measured from the measured magnetic field angle.

このようにして計測した回転角の信号は、制御装置(電子制御装置、Electronic Control Unit)に入力される。制御装置は回転角の情報を用いて電動機の駆動電圧波形を出力し、電動機を適切に制御することができる。   The rotation angle signal measured in this way is input to a control device (electronic control unit). The control device can appropriately control the electric motor by outputting the drive voltage waveform of the electric motor using the information on the rotation angle.

尚、電動機の極数(number of poles)と磁束発生体202の極数(Np×2)とを一致させると、電動機の制御が容易になるので特に好ましい構成といえる。すなわち、電動機の極数が(p×2)極の場合、(p×2)=(Np×2)となるように、磁束発生体202のヨーク突起の個数を定めると良い。電動機の極数は、回転磁極の極数に等しい。   Note that it is a particularly preferable configuration because the number of poles of the motor matches the number of poles of the magnetic flux generator 202 (Np × 2) because the motor can be easily controlled. That is, when the number of poles of the motor is (p × 2), the number of yoke protrusions of the magnetic flux generator 202 may be determined so that (p × 2) = (Np × 2). The number of poles of the electric motor is equal to the number of poles of the rotating magnetic pole.

次に本発明の第11の実施形態について図20を参照しながら説明する。本実施例11においては電動機を構成するブラケットの一部をバイパス磁路形成体240の構成要素の一部に利用した点で実施例10と異なっている。   Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The eleventh embodiment is different from the tenth embodiment in that a part of the bracket constituting the electric motor is used as a part of the constituent elements of the bypass magnetic path forming body 240.

本実施例11では、電動機の構成要素の一部をバイパス磁路形成体240の構成要素として共用することを特徴としている。具体的には、電動機の第2ブラケット103にバイパス磁路形成体240を設置しているが、図3にあるバイパス磁路形成体240の第2面240Bを第2ブラケット103で共用するようにしている。このように構成すると、バイパス磁路形成体240の構成が簡素化され、磁気センサ70の組み込み易さ等から製作が容易となる効果がある。尚、第2ブラケット103は通常は鉄系材料が使用されているため、磁性体としては十分な磁化率を備えているので問題はないものである。   The eleventh embodiment is characterized in that some of the constituent elements of the electric motor are shared as constituent elements of the bypass magnetic path forming body 240. Specifically, the bypass magnetic path forming body 240 is installed in the second bracket 103 of the electric motor, but the second surface 240B of the bypass magnetic path forming body 240 shown in FIG. ing. If comprised in this way, the structure of the bypass magnetic path formation body 240 will be simplified, and there exists an effect which manufacture becomes easy from the ease of incorporating the magnetic sensor 70, etc. Since the second bracket 103 is usually made of an iron-based material, there is no problem because the magnetic material has a sufficient magnetic susceptibility.

なお、「第2面240Bを第2ブラケット103と共用する」と記載したが、この記載は、磁束発生体202の磁石の着磁の向きを規定するものではない。第1面240Aまたは第2面240Bのうちのいずれか一方の面を回転機械の筐体の構成要素と共用する、という意味に解釈されるべきである。   In addition, although it described that "the 2nd surface 240B is shared with the 2nd bracket 103", this description does not prescribe | regulate the magnetization direction of the magnet of the magnetic flux generator 202. It should be interpreted that either one of the first surface 240A and the second surface 240B is shared with a component of the casing of the rotating machine.

このように、本実施例11ではバイパス磁路形成体240の第2面240Bを第2ブラケット103での表面を利用して構成しているものである。この構成では、Z方向の磁力線は一方のヨークからバイパス磁路形成体240、第2ブラケット103を通って他方のヨークに流れるようになるので、磁気センサ70にZ方向の磁力線が悪影響を及ぼすのを抑制できる。尚、バイパス磁路形成体240と第2ブラケット103の間の接触面に隙間があると、磁気リラクタンスが増加してZ方向の磁力線のバイパス低減効果が減少する恐れがあるので、バイパス磁路形成体240と第2ブラケット103とは十分に密着するように構成することが必要である。本実施例においては両者をぴったり密着させて固定したが、この他に磁束を通す軟質樹脂等を介して両者を密着することで磁気リラクタンスの増加を対策することができる。   As described above, in the eleventh embodiment, the second surface 240B of the bypass magnetic path forming body 240 is configured using the surface of the second bracket 103. In this configuration, since the magnetic field lines in the Z direction flow from one yoke to the other yoke through the bypass magnetic path forming body 240 and the second bracket 103, the magnetic field lines in the Z direction adversely affect the magnetic sensor 70. Can be suppressed. Note that if there is a gap in the contact surface between the bypass magnetic path forming body 240 and the second bracket 103, the magnetic reluctance increases and the effect of reducing the bypass of the magnetic field lines in the Z direction may decrease. The body 240 and the second bracket 103 need to be configured so as to be in close contact with each other. In the present embodiment, the two are closely adhered and fixed, but an increase in magnetic reluctance can be taken by bringing them into close contact via a soft resin or the like that allows magnetic flux to pass through.

次に本発明の第12の実施形態を図21に基づき説明する。本実施例12はトルク計測装置(トルクセンサ)の構成を示している。   Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The twelfth embodiment shows the configuration of the torque measuring device (torque sensor).

本実施例12のトルク計測装置は、トーションバー135により接続された入力軸131と出力軸132、およびその入力軸131と出力軸132のそれぞれに設置された回転角計測装置80とを有する構成である。   The torque measuring device according to the twelfth embodiment includes an input shaft 131 and an output shaft 132 connected by a torsion bar 135, and a rotation angle measuring device 80 installed on each of the input shaft 131 and the output shaft 132. is there.

本実施例12のトルク計測装置は、入力軸131と出力軸132とがトーションバー135により接続されている。入力軸131の回転角θ1と出力軸132の回転角θ2を計測し、両者の差Δθ=θ2−θ1から、軸に加わっているトルクMを計測する。トルクMが角度差Δθに比例することを利用して、ΔθからトルクMを計測するわけである。このようなトルク計測装置は自動車のハンドルの動きを車輪に伝える操舵装置等に用いられている。   In the torque measuring device according to the twelfth embodiment, an input shaft 131 and an output shaft 132 are connected by a torsion bar 135. The rotation angle θ1 of the input shaft 131 and the rotation angle θ2 of the output shaft 132 are measured, and the torque M applied to the shaft is measured from the difference Δθ = θ2−θ1. Using the fact that the torque M is proportional to the angle difference Δθ, the torque M is measured from Δθ. Such a torque measuring device is used in a steering device or the like that transmits the movement of a steering wheel of an automobile to wheels.

そして、入力軸131には第1の磁束発生体202-1が設けられており、出力軸132に第2の磁束発生体202-2が設けられている。2つの磁束発生体202-1、202-2は、それぞれ磁石211と2つのヨーク215A、215Bとで構成されている。   The input shaft 131 is provided with a first magnetic flux generator 202-1 and the output shaft 132 is provided with a second magnetic flux generator 202-2. The two magnetic flux generators 202-1 and 202-2 are each composed of a magnet 211 and two yokes 215A and 215B.

また、磁束発生体202-1、202-2のそれぞれの側面にはバイパス磁路形成体240-1、240-2と磁気センサ70-1、70-2が配置されている。磁気センサ70-1、70-2は、それぞれバイパス磁路形成体240-1、240-2の「バイパス磁路作用空間」中に配置されており、更に詳しくいえば特に対応するバイパス磁路形成体240の「バイパス磁路囲繞空間」中に磁気センサ70-1、70-2が配置されている。バイパス磁路形成体240-1、240-2は図示していない取り付けハウジングに固定されている。この取り付けハウジングはバイパス磁路形成体240を専用に取り付けるものでもよく、また他の操舵装置を構成する構成部品にバイパス磁路形成体240を取り付けるようにしても良い。   Further, bypass magnetic path forming bodies 240-1, 240-2 and magnetic sensors 70-1, 70-2 are arranged on the respective side surfaces of the magnetic flux generators 202-1 and 202-2. The magnetic sensors 70-1 and 70-2 are disposed in the “bypass magnetic path action space” of the bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2, respectively. Magnetic sensors 70-1 and 70-2 are arranged in the “bypass magnetic path surrounding space” of the body 240. The bypass magnetic path forming bodies 240-1 and 240-2 are fixed to a mounting housing (not shown). The attachment housing may be a dedicated attachment of the bypass magnetic path forming body 240, or the bypass magnetic path forming body 240 may be attached to a component constituting another steering device.

本実施例12では、磁気センサ70-1、70-2がバイパス磁路形成体240の「バイパス磁路作用空間」中に配置されているので、磁束発生体202-1、202-2で生じるZ方向の磁界成分がバイパス磁路形成体240によってバイパスされるため、それぞれでの回転角θ1、θ2を高精度に計測できる。この理由は先に述べた通りである。   In the twelfth embodiment, since the magnetic sensors 70-1 and 70-2 are arranged in the “bypass magnetic path action space” of the bypass magnetic path forming body 240, the magnetic flux generators 202-1 and 202-2 are generated. Since the magnetic field component in the Z direction is bypassed by the bypass magnetic path forming body 240, the rotation angles θ1 and θ2 can be measured with high accuracy. The reason for this is as described above.

トルク計測装置では角度差Δθは、最大トルク時に4°程度になるように設計されるので、回転角度が−4°〜+4°の角度差を高精度に計測する必要がある。   In the torque measuring device, the angle difference Δθ is designed to be about 4 ° at the time of the maximum torque. Therefore, it is necessary to measure the angle difference of the rotation angle of −4 ° to + 4 ° with high accuracy.

そこで、本実施例12では磁束発生体202-1のヨーク突起数Np1と、磁束発生体202-2のヨーク突起数Np2の数を多くすることで、微小な回転角変化でも大きな磁界角変化になるように設計した。具体的には、Np1とNp2をそれぞれ10以上に設定すると回転角度が−4°〜+4°の角度差を高精度に計測することができるようになる。   Therefore, in the twelfth embodiment, by increasing the number of yoke protrusions Np1 of the magnetic flux generator 202-1 and the number of yoke protrusions Np2 of the magnetic flux generator 202-2, a large change in magnetic field angle can be achieved even with a small change in rotation angle. Designed to be Specifically, when each of Np1 and Np2 is set to 10 or more, it becomes possible to measure an angular difference of a rotation angle of −4 ° to + 4 ° with high accuracy.

また、好ましくは、2つの磁束発生体202-1、202-2のヨーク突起216A、216Bの個数を等しくする、すなわち、Np1=Np2になるように設計すると角度差の計算がし易くなる。つまり、図5にあるような磁界角の変化と機械角の変化との対応関係が2つの回転角計測装置80で等しくなるので、回転角の差Δθ=θ2−θ1の計算が単純になるという効果がある。   Preferably, the angle difference can be easily calculated by designing the two magnetic flux generators 202-1 and 202-2 to have the same number of yoke protrusions 216A and 216B, that is, Np1 = Np2. That is, the correspondence between the change in the magnetic field angle and the change in the mechanical angle as shown in FIG. 5 is equal between the two rotation angle measuring devices 80, so that the calculation of the difference Δθ = θ2−θ1 between the rotation angles is simplified. effective.

本実施例12においては、Np1=Np2=18に設定すると磁界角1回転に対応する回転角変化量は、360°/Np=20°になるので、±4°の回転角変化が概ね(±4×Np)=±80°の磁界角変化として計測される。このようにして回転角差Δθを高精度に計測することが可能になる。そして、回転角差Δθに適切な比例係数を乗ずることでトルクMが計測できるようになる。尚、このような計算は別に設けた演算機能を備える制御装置によって実行される。   In the twelfth embodiment, when Np1 = Np2 = 18 is set, the rotation angle change amount corresponding to one rotation of the magnetic field angle is 360 ° / Np = 20 °. Therefore, the rotation angle change of ± 4 ° is approximately (± 4 × Np) = measured as a change in magnetic field angle of ± 80 °. In this way, the rotation angle difference Δθ can be measured with high accuracy. The torque M can be measured by multiplying the rotation angle difference Δθ by an appropriate proportional coefficient. Such calculation is executed by a control device having a separately provided arithmetic function.

トルク計測装置には必要に応じて回転角計測部を設けても良い。例えば、電動パワーステアリング装置に用いる場合に、トルク計測に加えて、入力軸131の回転角も計測したい場合がある。電動パワーステアリング装置の場合、入力軸131の回転角はハンドルの角度に対応した操舵角に相当する。   The torque measuring device may be provided with a rotation angle measuring unit as necessary. For example, when used in an electric power steering apparatus, it may be desired to measure the rotation angle of the input shaft 131 in addition to torque measurement. In the case of an electric power steering device, the rotation angle of the input shaft 131 corresponds to a steering angle corresponding to the angle of the steering wheel.

これは図21に示すようなセンサ磁石143と磁気センサ142とが回転角計測部を構成することになる。尚、この回転角計測部はトルク計測装置において必須の構成物ではないが、電動パワーステアリング装置においては必要となる。   In this case, the sensor magnet 143 and the magnetic sensor 142 as shown in FIG. 21 constitute a rotation angle measurement unit. The rotation angle measurement unit is not an essential component in the torque measurement device, but is required in the electric power steering device.

センサ磁石143は入力軸131に設置されており、センサ磁石143は径方向に着磁された2極磁石である。センサ磁石143の側面には磁気センサ142が配置されている。磁気センサ142は磁界方向計測センサであり、ハウジング(図示せず)に対して固定されている。センサ磁石143は2極磁石なので入力軸の1回転に対応して磁気センサ142が計測する磁界角も1回転する。磁気センサ142で計測した磁界角に適切な補正を施すことで、入力軸131の回転角を計測することができる。   The sensor magnet 143 is installed on the input shaft 131, and the sensor magnet 143 is a dipole magnet magnetized in the radial direction. A magnetic sensor 142 is disposed on the side surface of the sensor magnet 143. The magnetic sensor 142 is a magnetic field direction measurement sensor and is fixed to a housing (not shown). Since the sensor magnet 143 is a dipole magnet, the magnetic field angle measured by the magnetic sensor 142 corresponds to one rotation corresponding to one rotation of the input shaft. By appropriately correcting the magnetic field angle measured by the magnetic sensor 142, the rotation angle of the input shaft 131 can be measured.

次に本発明の第13の実施形態を図22に基づき説明するが、本実施例13は電動パワーステアリングシステム(Electric Power-Assisted Steering system)の構成を示している。   Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 22. The thirteenth embodiment shows the configuration of an electric power-assisted steering system.

図22において、ハンドル501に機械的に連結したステアリングシャフト503はトルクセンサ502を経由して連結部504に接続されている。減速ギアなどで構成された連結部504には電動機100の回転軸121が接続され、更に連結部504には連結シャフト505が接続されている。   In FIG. 22, a steering shaft 503 mechanically coupled to a handle 501 is connected to a coupling portion 504 via a torque sensor 502. A rotating shaft 121 of the electric motor 100 is connected to a connecting portion 504 constituted by a reduction gear or the like, and a connecting shaft 505 is further connected to the connecting portion 504.

連結シャフト505はギアボックス506に接続され、ギアボックス506にはタイロッド507が接続される。ギヤボックス506は、連結シャフト505の回転運動をタイロッド507の直線運動に変換するもので、タイロッド507の両端にはタイヤ(図示せず)が配置されており、タイロッドの直線運動に応じてタイヤの向きが変更されるようになる。このような電動式のステリングシステムは良く知られた構造である。   The connecting shaft 505 is connected to a gear box 506, and a tie rod 507 is connected to the gear box 506. The gear box 506 converts the rotational movement of the connecting shaft 505 into the linear movement of the tie rod 507, and tires (not shown) are arranged at both ends of the tie rod 507, and the tires according to the linear movement of the tie rods. The direction will be changed. Such an electric steering system has a well-known structure.

回転体121は電動機100の回転軸であり、一方の端に磁束発生体202が設置されている。磁束発生体202の近傍には磁気センサ70とバイパス磁路形成体240が設置されており、回転体121の回転角を計測してECU411に回転角情報を送信するようになっている。そして、磁束発生体202、磁気センサ70、およびバイパス磁路形成体240とで回転角計測装置80を構成している。この回転角計測装置80の構成と作用は既に述べた通りである。   The rotating body 121 is a rotating shaft of the electric motor 100, and a magnetic flux generator 202 is installed at one end. A magnetic sensor 70 and a bypass magnetic path forming body 240 are installed in the vicinity of the magnetic flux generator 202, and the rotation angle of the rotating body 121 is measured and the rotation angle information is transmitted to the ECU 411. The magnetic flux generator 202, the magnetic sensor 70, and the bypass magnetic path forming body 240 constitute a rotation angle measuring device 80. The configuration and operation of the rotation angle measuring device 80 are as described above.

磁束発生体202の構成は図3、図4に示した磁束発生体202と同様であり、ヨーク突起216A、216bを有するヨーク215A、215bと、磁石211とで構成されている。また、バイパス磁路形成体240も図3、図4に示した構成としている。   The configuration of the magnetic flux generator 202 is the same as that of the magnetic flux generator 202 shown in FIGS. 3 and 4, and is composed of yokes 215 </ b> A and 215 b having yoke protrusions 216 </ b> A and 216 b, and a magnet 211. Further, the bypass magnetic path forming body 240 is also configured as shown in FIGS.

運転者がハンドル501を回すと、その回転動作はトルクセンサ502で検出されてECU411に電気信号として伝達される。ECU411はトルクセンサ502からの信号と、回転角計測装置80からの回転角信号θ、及び車速信号などから適切な電動機駆動量を算出し、電動機駆動部412に信号を送信する。これにより電動機100は回転体121を回転駆動し、連結シャフト505の回転を補助(アシスト)する。このようにしてタイヤの向きを変更する運動をアシストする。   When the driver turns the handle 501, the rotational operation is detected by the torque sensor 502 and transmitted to the ECU 411 as an electrical signal. The ECU 411 calculates an appropriate motor drive amount from the signal from the torque sensor 502, the rotation angle signal θ from the rotation angle measuring device 80, the vehicle speed signal, and the like, and transmits the signal to the motor drive unit 412. Accordingly, the electric motor 100 rotationally drives the rotating body 121 to assist (assist) the rotation of the connecting shaft 505. In this way, the exercise of changing the direction of the tire is assisted.

本実施例13において、回転角計測装置80内の磁気センサ70はバイパス磁路形成体240の「バイパス磁路作用空間」内に配置されているため、Z方向の磁界がバイパスされて高精度に回転角を計測できるようになる。   In the thirteenth embodiment, since the magnetic sensor 70 in the rotation angle measuring device 80 is disposed in the “bypass magnetic path action space” of the bypass magnetic path forming body 240, the magnetic field in the Z direction is bypassed with high accuracy. The rotation angle can be measured.

次に本発明の第14の実施形態を図23に基づき説明するが、本実施例14は電動車両駆動装置の構成を示している。   Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 23. The fourteenth embodiment shows the configuration of an electric vehicle drive device.

図23においては、自動車の動力として内燃機関と電動機とを組み合わせたハイブリッド自動車用の電動車両駆動装置を示している。   In FIG. 23, the electric vehicle drive device for hybrid vehicles which combined the internal combustion engine and the electric motor as motive power of a motor vehicle is shown.

内燃機関553の出力回転軸と発電機552、駆動用電動機551とは同軸線上に配置されており、それぞれは動力分配機構554の働きで適切に動力が伝達される。動力分配の仕方は、車両の走行状態、加速状態、バッテリーの充電状態などの情報に基づいて適切に設定される。また、動力分配機構554から動力シャフト558に動力を伝達する動力結合機構557が設けられている。   The output rotation shaft of the internal combustion engine 553, the generator 552, and the drive motor 551 are arranged on the same axis, and each of them transmits power appropriately by the function of the power distribution mechanism 554. The method of power distribution is appropriately set based on information such as the running state of the vehicle, the acceleration state, and the battery charging state. Further, a power coupling mechanism 557 for transmitting power from the power distribution mechanism 554 to the power shaft 558 is provided.

駆動用電動機551には図19で説明した電動機を用いており、この駆動用電動機551は図19に記載したように、電動機部100と回転角検出部200とで構成されている。回転角計測部200は磁束発生体202−1と磁気センサ70−1、およびバイパス磁路形成体240-1とで構成される。   The motor described in FIG. 19 is used as the drive motor 551, and the drive motor 551 includes the motor unit 100 and the rotation angle detection unit 200 as described in FIG. The rotation angle measuring unit 200 includes a magnetic flux generator 202-1, a magnetic sensor 70-1, and a bypass magnetic path forming body 240-1.

磁束発生体202−1の構成は、図3、図4に示した磁束発生体と同様であり、ヨーク突起216A、216Bを有するヨーク215A、215Bと、磁石211とで構成されている。また、バイパス磁路形成体240も図3、図4に示した構成としている。   The configuration of the magnetic flux generator 202-1 is the same as that of the magnetic flux generator shown in FIGS. 3 and 4, and is composed of yokes 215 A and 215 B having yoke protrusions 216 A and 216 B and a magnet 211. Further, the bypass magnetic path forming body 240 is also configured as shown in FIGS.

発電機552にも回転角検出部が設けられており、この回転角計測部は、磁束発生体202−2と磁気センサ70−2、およびバイパス磁路形成体240‐2とで構成されており、その構成は磁束発生体202‐1と同様の構成とされている。   The generator 552 is also provided with a rotation angle detection unit, and this rotation angle measurement unit includes a magnetic flux generator 202-2, a magnetic sensor 70-2, and a bypass magnetic path formation body 240-2. The configuration is the same as that of the magnetic flux generator 202-1.

このような構成の電動車両駆動装置においては、駆動用電動機551や発電機552の回転角計測装置8080内の磁気センサ70はバイパス磁路形成体240の「バイパス磁路作用空間」内に配置されているため、Z方向の磁界がバイパスされて高精度に回転角を計測できるようになる。   In the electric vehicle driving apparatus having such a configuration, the magnetic sensor 70 in the rotation angle measuring device 8080 of the driving electric motor 551 and the generator 552 is disposed in the “bypass magnetic path working space” of the bypass magnetic path forming body 240. Therefore, the rotation angle can be measured with high accuracy by bypassing the magnetic field in the Z direction.

尚、磁束発生体の202−1のヨーク突起216A、216Bの磁極の個数Np1は、駆動電動機551の磁極数(p×2)と対応させると好ましく、例えば駆動電動機の磁極数を(p×2)とすると、ヨーク突起216A、216Bの磁極の個数Np=pとすると良い。このようにすると、磁気センサ70−1、70−2が出力する磁界角信号が、駆動電動機551の電気角と対応した周期になるので、駆動電動機の制御が容易になるという効果がある。当然のことながら、磁束発生体の202−2のヨーク突起216A、216Bの磁極の個数Npと発電機552の磁極数との関係も同様である。   The number Np1 of the magnetic poles of the yoke protrusions 216A and 216B of the magnetic flux generator 202-1 preferably corresponds to the number of magnetic poles (p × 2) of the drive motor 551. For example, the number of magnetic poles of the drive motor is (p × 2). ), The number of magnetic poles of the yoke protrusions 216A and 216B is preferably Np = p. In this way, the magnetic field angle signals output from the magnetic sensors 70-1 and 70-2 have a cycle corresponding to the electrical angle of the drive motor 551, and thus the drive motor can be easily controlled. As a matter of course, the relationship between the number Np of magnetic poles of the yoke protrusions 216A and 216B of the magnetic flux generator 202-2 and the number of magnetic poles of the generator 552 is the same.

このような電動車両駆動装置では、高い出力トルクを得るために電動機の極数を多くする場合があり、本発明で説明した回転計測装置に使用する磁束発生体202によればヨーク突起216A、216Bの個数を増やすことで磁束発生体の極数を容易に増やすことが可能となり、このような電動車両駆動装置に用いることことに適している。   In such an electric vehicle drive device, the number of poles of the electric motor may be increased in order to obtain a high output torque. According to the magnetic flux generator 202 used in the rotation measuring device described in the present invention, the yoke protrusions 216A and 216B are used. The number of poles of the magnetic flux generator can be easily increased by increasing the number of magnetic flux generators, which is suitable for use in such an electric vehicle drive device.

70…磁気センサ、80…回転角計測装置、100…モータ部、110…ステータ、111…ステータコア、112…ステータコイル、120…ロータ、121…回転軸、131…入力軸、132…出力軸、135…トーションバー、142…磁気センサ、143…センサ磁石、200…回転角検出部、202…磁束発生体、211…磁石、215…ヨーク、216…ヨーク突起、226…回転中心線、240…バイパス磁路形成体、240A…バイパス磁路形成体の第1面、240B…バイパス磁路形成体の第2面、240C…バイパス磁路形成体の第3面、240D…バイパス磁路形成体の開口部、246…開口部、250…磁力線、411…電子制御コントロールユニット、412…駆動部、501…ハンドル、502…トルクセンサ、503…ステアリングシャフト、504…連結部、505…連結シャフト、506…ギアボックス、507…タイロッド、551…駆動モータ、552…発電機、553…内燃機関、554…動力分配機構、557…動力結合機構、558…動力シャフト。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 70 ... Magnetic sensor, 80 ... Rotation angle measuring device, 100 ... Motor part, 110 ... Stator, 111 ... Stator core, 112 ... Stator coil, 120 ... Rotor, 121 ... Rotating shaft, 131 ... Input shaft, 132 ... Output shaft, 135 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Torsion bar 142 ... Magnetic sensor 143 ... Sensor magnet 200 ... Rotation angle detection part 202 ... Magnetic flux generator 211 ... Magnet 215 ... Yoke 216 ... Yoke protrusion 226 ... Rotation center line 240 ... Bypass magnet Path forming body, 240A: first surface of bypass magnetic path forming body, 240B: second surface of bypass magnetic path forming body, 240C: third surface of bypass magnetic path forming body, 240D: opening of bypass magnetic path forming body 246: opening, 250: magnetic field lines, 411: electronic control unit, 412: drive unit, 501: handle, 502 ... torque sensor 503 ... Steering shaft, 504 ... Connecting part, 505 ... Connecting shaft, 506 ... Gear box, 507 ... Tie rod, 551 ... Drive motor, 552 ... Generator, 553 ... Internal combustion engine, 554 ... Power distribution mechanism, 557 ... Power coupling mechanism 558 ... Power shaft.

Claims (25)

回転中心線に沿って回転可能な磁束発生体と、磁界方向に応じた信号を出力する磁気センサとを有する回転角計測装置であって、
前記磁束発生体は、前記回転中心線の方向に沿ってN極とS極に着磁された磁石と、前記磁石のN極側に設けられたN極側ヨーク、およびS極側に設けられたS極側ヨークとを有し、
前記N極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のN極ヨーク突起を有し、
前記S極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のS極ヨーク突起を有し、前記N極ヨーク突起と前記S極ヨーク突起とは交互に噛み合うように配置されており、
前記回転角計測装置は、前記N極側ヨークと前記S極側ヨークに対向して配置された、磁性体よりなるバイパス磁路形成体を有し、
前記磁気センサは、前記バイパス磁路形成体によって形成されるバイパス磁路作用空間に配置されており、
前記磁気センサは、磁界角を計測する磁界方向計測センサであり、
前記磁気センサの磁界感受面は、前記回転中心線を法線とする平面と平行になるように配置されおり
前記バイパス磁路形成体は、前記磁石の前記N極から前記S極に向かう磁力線をバイパスして流すことで前記磁力線が前記磁気センサに与える影響を低減する
回転角計測装置。
A rotation angle measuring device having a magnetic flux generator that can rotate along a rotation center line, and a magnetic sensor that outputs a signal according to a magnetic field direction,
The magnetic flux generator is provided on the N pole side yoke provided on the N pole side of the magnet and on the S pole side along the direction of the rotation center line. S pole side yoke
The north pole side yoke has a comb-like north pole yoke protrusion extending on the side surface of the magnet,
The S pole side yoke has comb-shaped S pole yoke protrusions extending on the side surfaces of the magnets, and the N pole yoke protrusions and the S pole yoke protrusions are arranged to alternately engage with each other.
The rotation angle measuring device has a bypass magnetic path forming body made of a magnetic material and disposed to face the north pole side yoke and the south pole side yoke,
The magnetic sensor is disposed in a bypass magnetic path action space formed by the bypass magnetic path forming body,
The magnetic sensor is a magnetic field direction measurement sensor that measures a magnetic field angle,
Wherein the magnetic field sensing face of the magnetic sensor is disposed in parallel to the plane having a normal line of the rotation center line,
The rotation angle measuring device, wherein the bypass magnetic path forming body reduces the influence of the magnetic lines of force on the magnetic sensor by bypassing and flowing the magnetic lines of force from the N pole to the S pole of the magnet .
請求項1に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体は、前記N極側ヨークと対向する第1面と、前記S極側ヨークと対向する第2面と、前記磁束発生体に対向する開口部とを有し、
前記第1面と前記第2面とは直接または磁性体を介して接続されており、
前記磁気センサは、前記バイパス磁路形成体のバイパス磁路内包空間、及び前記開口部と前記磁束発生体との間の空間とを結合した空間の中に配置されていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 1,
The bypass magnetic path forming body has a first surface facing the north pole side yoke, a second surface facing the south pole side yoke, and an opening facing the magnetic flux generator,
The first surface and the second surface are connected directly or via a magnetic body,
The magnetic sensor is disposed in a bypass magnetic path inclusion space of the bypass magnetic path forming body and a space obtained by coupling a space between the opening and the magnetic flux generator. Angle measuring device.
請求項1に記載の回転角計測装置において
前記バイパス磁路形成体を複数個有し、前記複数のバイパス磁路形成体の間に前記磁気センサを配置したことを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 1 ,
A rotation angle measuring device comprising a plurality of bypass magnetic path forming bodies, wherein the magnetic sensor is arranged between the plurality of bypass magnetic path forming bodies.
回転中心線に沿って回転可能な磁束発生体と、磁界方向に応じた信号を出力する磁気センサとを有する回転角計測装置であって、
前記磁束発生体は、前記回転中心線の方向に沿ってN極とS極に着磁された磁石と、前記磁石のN極側に設けられたN極側ヨーク、およびS極側に設けられたS極側ヨークとを有し、
前記N極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のN極ヨーク突起を有し、
前記S極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のS極ヨーク突起を有し、前記N極ヨーク突起と前記S極ヨーク突起とは交互に噛み合うように配置されており、
前記回転角計測装置は、前記N極側ヨークと前記S極側ヨークに対向して配置された、磁性体よりなるバイパス磁路形成体を有し、
前記磁気センサは、前記バイパス磁路形成体によって形成されるバイパス磁路囲繞空間に配置されており、
前記磁気センサは、磁界角を計測する磁界方向計測センサであり、
前記磁気センサの磁界感受面は、前記回転中心線を法線とする平面と平行になるように配置されており
前記バイパス磁路形成体は、前記磁石の前記N極から前記S極に向かう磁力線をバイパスして流すことで前記磁力線が前記磁気センサに与える影響を低減する
回転角計測装置。
A rotation angle measuring device having a magnetic flux generator that can rotate along a rotation center line, and a magnetic sensor that outputs a signal according to a magnetic field direction,
The magnetic flux generator is provided on the N pole side yoke provided on the N pole side of the magnet and on the S pole side along the direction of the rotation center line. S pole side yoke
The north pole side yoke has a comb-like north pole yoke protrusion extending on the side surface of the magnet,
The S pole side yoke has comb-shaped S pole yoke protrusions extending on the side surfaces of the magnets, and the N pole yoke protrusions and the S pole yoke protrusions are arranged to alternately engage with each other.
The rotation angle measuring device has a bypass magnetic path forming body made of a magnetic material and disposed to face the north pole side yoke and the south pole side yoke,
The magnetic sensor is disposed in a bypass magnetic path surrounding space formed by the bypass magnetic path forming body,
The magnetic sensor is a magnetic field direction measurement sensor that measures a magnetic field angle,
Wherein the magnetic field sensing face of the magnetic sensor is arranged parallel to the plane having a normal line of the rotation center line,
The rotation angle measuring device, wherein the bypass magnetic path forming body reduces the influence of the magnetic lines of force on the magnetic sensor by bypassing and flowing the magnetic lines of force from the N pole to the S pole of the magnet .
請求項4に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体は、前記N極側ヨークと対向する第1面と、前記S極側ヨークと対向する第2面と、前記前記磁束発生体に対向する開口部とを有し、
前記第1面と前記第2面とは直接または磁性体を介して接続されており、
前記磁気センサは、前記バイパス磁路形成体のバイパス磁路内包空間、及び前記開口部と前記磁束発生体との間の空間とを結合した空間の中に配置されていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 4,
The bypass magnetic path forming body has a first surface facing the north pole side yoke, a second surface facing the south pole side yoke, and an opening facing the magnetic flux generator,
The first surface and the second surface are connected directly or via a magnetic body,
The magnetic sensor is disposed in a bypass magnetic path inclusion space of the bypass magnetic path forming body and a space obtained by coupling a space between the opening and the magnetic flux generator. Angle measuring device.
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体は磁性体から形成され、その磁化率が100以上であることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The bypass magnetic path forming body is made of a magnetic body, and its magnetic susceptibility is 100 or more.
請求項6に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体は鉄、珪素鋼、パーマロイ、ミューメタルのいずれか一つからなることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 6,
The bypass magnetic path forming body is made of any one of iron, silicon steel, permalloy, and mu metal.
請求項2、または請求項5に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体の前記N極側ヨークと対向する第1面、及び前記S極側ヨークと対向する第2面の先端部側の辺は直線状に形成されていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 2 or 5,
The first surface of the bypass magnetic path forming body facing the N pole side yoke and the side of the second surface facing the S pole side yoke are formed in a straight line. Rotation angle measuring device.
請求項2、または請求項5に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体の前記N極側ヨークと対向する第1面、及び前記S極側ヨークと対向する第2面の先端部側の辺は凹状に形成されていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 2 or 5,
The first magnetic surface of the bypass magnetic path forming body facing the north pole side yoke and the side of the second surface facing the south pole side yoke are formed in a concave shape. Angle measuring device.
請求項1または請求項4に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体は、前記N極側ヨークと前記回転中心線の方向に隙間を有して重なるように対向する第1面と、前記S極側ヨークと前記回転中心線の方向に隙間を有して重なるように対向する第2面とを有し、前記第1面と前記第2面とは直接または磁性体を介して接続されており、前記磁気センサは前記バイパス磁路形成体のバイパス磁路内包空間の中に配置されていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 1 or 4,
The bypass magnetic path forming body includes a first surface facing the N pole side yoke so as to be overlapped with a gap in the direction of the rotation center line, and a gap in the direction of the S pole side yoke and the rotation center line. And the first surface and the second surface are connected directly or via a magnetic body, and the magnetic sensor is the bypass magnetic path forming body. The rotation angle measuring device is disposed in a bypass magnetic path inclusion space.
請求項1または請求項4に記載の回転角計測装置において、
前記N極側ヨーク突起及び前記S極側ヨーク突起の形状は矩形状であることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 1 or 4,
The rotation angle measuring device according to claim 1, wherein the N pole side yoke protrusion and the S pole side yoke protrusion have a rectangular shape.
請求項1または請求項4に記載の回転角計測装置において、
前記N極側ヨーク突起及び前記S極側ヨーク突起の形状は3角形状、或いは円弧形状のいずれか一つであるであることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 1 or 4,
The rotation angle measuring device according to claim 1, wherein the N pole side yoke protrusion and the S pole side yoke protrusion have a triangular shape or an arc shape.
請求項1、または請求項4に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体によって形成される磁路囲繞空間の中に、前記磁気センサが前記回転中心線の方向に間隔をおいて複数個配置されていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 1 or 4,
A rotation angle measuring device, wherein a plurality of the magnetic sensors are arranged in the direction of the rotation center line in a magnetic path surrounding space formed by the bypass magnetic path forming body.
請求項2、または請求項5に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体には、前記第1面、前記第2面、および前記第1面と前記第2面とを接続する磁性体とで形成される両側面が開放された開口が形成されていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 2 or 5,
The bypass magnetic path forming body is formed with an opening in which both side surfaces formed by the first surface, the second surface, and the magnetic body connecting the first surface and the second surface are opened. A rotation angle measuring device characterized by that.
請求項2または請求項5に記載の回転角計測装置において、
前記バイパス磁路形成体は、前記第1面、前記第2面、または前記第1面と前記第2面とを接続する磁性体の少なくともいずれか一つの面に開口を備えていることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 2 or 5,
The bypass magnetic path forming body includes an opening on at least one surface of the first surface, the second surface, or a magnetic body connecting the first surface and the second surface. Rotation angle measuring device.
請求項1、または請求項4に記載の回転角計測装置において、
前記磁気センサは磁気抵抗素子、またはホール素子のいずれか一つよりなることを特徴とする回転角計測装置。
In the rotation angle measuring device according to claim 1 or 4,
The rotation angle measuring apparatus according to claim 1, wherein the magnetic sensor is composed of one of a magnetoresistive element and a Hall element.
少なくとも、回転軸に固定された回転磁極を備えたロータと、前記ロータを囲む固定磁極と、前記回転磁極と前記固定磁極を収納するフレームと、前記フレームの両端に固定され前記フレームと協働して前記回転磁極と前記固定磁極を収納するブラケットよりなる回転機械であって、
前記回転機械は、前記回転軸の回転に連動して、回転中心線に沿って回転可能な磁束発生体と、磁界方向に応じた信号を出力する磁気センサとを有する回転角計測装置を備え、
前記磁束発生体は、前記回転中心線の方向に沿ってN極とS極に着磁された磁石と、前記磁石のN極側に設けられたN極側ヨーク、およびS極側に設けられたS極側ヨークとを有し、
前記N極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のN極ヨーク突起を有し、
前記S極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のS極ヨーク突起を有し、前記N極ヨーク突起と前記S極ヨーク突起とは交互に噛み合うように配置されており、
前記回転角計測装置は、前記N極側ヨークと前記S極側ヨークに対向して配置された、磁性体よりなるバイパス磁路形成体を有し、
前記磁気センサは、前記バイパス磁路形成体によって形成されるバイパス磁路囲繞空間に配置されており、
前記磁気センサは、磁界角を計測する磁界方向計測センサであり、
前記磁気センサの磁界感受面は、前記回転中心線を法線とする平面と平行になるように配置されており
前記バイパス磁路形成体は、前記磁石の前記N極から前記S極に向かう磁力線をバイパスして流すことで前記磁力線が前記磁気センサに与える影響を低減する
回転機械。
At least a rotor having a rotating magnetic pole fixed to a rotating shaft, a fixed magnetic pole surrounding the rotor, a frame containing the rotating magnetic pole and the fixed magnetic pole, and fixed to both ends of the frame and cooperating with the frame. A rotating machine comprising a bracket for housing the rotating magnetic pole and the fixed magnetic pole,
The rotating machine includes a rotation angle measuring device having a magnetic flux generator that can rotate along a rotation center line in conjunction with rotation of the rotating shaft, and a magnetic sensor that outputs a signal corresponding to the magnetic field direction.
The magnetic flux generator is provided on the N pole side yoke provided on the N pole side of the magnet and on the S pole side along the direction of the rotation center line. S pole side yoke
The north pole side yoke has a comb-like north pole yoke protrusion extending on the side surface of the magnet,
The S pole side yoke has comb-shaped S pole yoke protrusions extending on the side surfaces of the magnets, and the N pole yoke protrusions and the S pole yoke protrusions are arranged to alternately engage with each other.
The rotation angle measuring device has a bypass magnetic path forming body made of a magnetic material and disposed to face the north pole side yoke and the south pole side yoke,
The magnetic sensor is disposed in a bypass magnetic path surrounding space formed by the bypass magnetic path forming body,
The magnetic sensor is a magnetic field direction measurement sensor that measures a magnetic field angle,
Wherein the magnetic field sensing face of the magnetic sensor is arranged parallel to the plane having a normal line of the rotation center line,
The bypass machine reduces the influence of the magnetic lines of force on the magnetic sensor by bypassing and flowing the magnetic lines of force from the N pole to the S pole of the magnet .
請求項17に記載の回転機械において、
前記ブラケットを前記バイパス磁路形成体の一部として供用することを特徴とする回転機械。
The rotating machine according to claim 17,
A rotating machine using the bracket as a part of the bypass magnetic path forming body.
請求項17に記載の回転機械において、
前記回転機械の極数を(2×p)とし、前記ヨークのヨーク突起の個数をNpとしたとき、pとNpとが等しいことを特徴とする回転機械。
The rotating machine according to claim 17,
A rotary machine characterized in that p and Np are equal when the number of poles of the rotary machine is (2 × p) and the number of yoke protrusions of the yoke is Np.
請求項17に記載の回転機械において、
前記回転機械は自動車に使用される車両駆動装置に用いられる電動機または発電機として使用されることを特徴とする回転機械。
The rotating machine according to claim 17,
The rotating machine is used as an electric motor or a generator used in a vehicle drive device used in an automobile.
入力軸と出力軸とがトーションバーにより接続され、前記入力軸と前記出力軸との回転角によってトルクを測定するトルク計測のための回転機械であって、
前記回転機械は、前記入力軸または前記出力軸の回転中心線に沿って回転可能な磁束発生体と、磁界方向に応じた信号を出力する磁気センサとを有する回転角計測装置を備え、
前記磁束発生体は、前記回転中心線の方向に沿ってN極とS極に着磁された磁石と、前記磁石のN極側に設けられたN極側ヨーク、およびS極側に設けられたS極側ヨークとを有し、
前記N極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のN極ヨーク突起を有し、
前記S極側ヨークは前記磁石の側面に延びる櫛歯状のS極ヨーク突起を有し、前記N極ヨーク突起と前記S極ヨーク突起とは交互に噛み合うように配置されており、
前記回転角計測装置は、前記N極側ヨークと前記S極側ヨークに対向して配置された、磁性体よりなるバイパス磁路形成体を有し、
前記磁気センサは、前記バイパス磁路形成体によって形成されるバイパス磁路囲繞空間に配置されており、
前記磁気センサは、磁界角を計測する磁界方向計測センサであり、
前記磁気センサの磁界感受面は、前記回転中心線を法線とする平面と平行になるように配置されており
前記バイパス磁路形成体は、前記磁石の前記N極から前記S極に向かう磁力線をバイパスして流すことで前記磁力線が前記磁気センサに与える影響を低減する
回転機械。
An input shaft and an output shaft are connected by a torsion bar, and a rotary machine for torque measurement that measures torque according to a rotation angle between the input shaft and the output shaft,
The rotating machine includes a rotation angle measuring device including a magnetic flux generator that can rotate along a rotation center line of the input shaft or the output shaft, and a magnetic sensor that outputs a signal corresponding to a magnetic field direction.
The magnetic flux generator is provided on the N pole side yoke provided on the N pole side of the magnet and on the S pole side along the direction of the rotation center line. S pole side yoke
The north pole side yoke has a comb-like north pole yoke protrusion extending on the side surface of the magnet,
The S pole side yoke has comb-shaped S pole yoke protrusions extending on the side surfaces of the magnets, and the N pole yoke protrusions and the S pole yoke protrusions are arranged to alternately engage with each other.
The rotation angle measuring device has a bypass magnetic path forming body made of a magnetic material and disposed to face the north pole side yoke and the south pole side yoke,
The magnetic sensor is disposed in a bypass magnetic path surrounding space formed by the bypass magnetic path forming body,
The magnetic sensor is a magnetic field direction measurement sensor that measures a magnetic field angle,
Wherein the magnetic field sensing face of the magnetic sensor is arranged parallel to the plane having a normal line of the rotation center line,
The bypass machine reduces the influence of the magnetic lines of force on the magnetic sensor by bypassing and flowing the magnetic lines of force from the N pole to the S pole of the magnet .
請求項21に記載の回転機械において、
前記N極側ヨーク突起、及び前記S極側ヨーク突起の個数は10以上であることを特徴する回転機械。
The rotating machine according to claim 21,
The number of the N pole side yoke protrusions and the S pole side yoke protrusions is 10 or more.
請求項21に記載の回転機械において、
前記回転機械は電動パワーステアリング装置に設けられているトルクセンサに使用されることを特徴とする回転機械。
The rotating machine according to claim 21,
The rotating machine is used for a torque sensor provided in an electric power steering apparatus.
請求項17に記載の回転機械を電動機として用いた車両駆動装置。   A vehicle drive device using the rotary machine according to claim 17 as an electric motor. 請求項21に記載の回転機械を用いた電動パワーステアリング装置。   An electric power steering apparatus using the rotating machine according to claim 21.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU213470U1 (en) * 2022-03-28 2022-09-13 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" DEVICE FOR MEASURING ANGULAR DISPLACEMENTS

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5427842B2 (en) 2011-06-30 2014-02-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 Rotation angle measuring device, control device, and rotating machine system using them
CN103512482B (en) * 2013-10-14 2016-01-06 中国科学院电工研究所 A kind of super-conductive magnetic suspension rotor attitude measurement signal calibration device
JP2015132496A (en) * 2014-01-10 2015-07-23 セイコーエプソン株式会社 Magnetic encoder, electro-mechanical device, mobile object, and robot
JP6691500B2 (en) 2017-03-31 2020-04-28 株式会社Soken Torque detector
JP7021957B2 (en) * 2018-01-11 2022-02-17 日立Astemo株式会社 Torque sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH081505Y2 (en) * 1990-12-28 1996-01-17 株式会社小松製作所 Magnetic sensor and its mounting structure
JP2001343207A (en) * 2000-03-28 2001-12-14 Tokai Rika Co Ltd Rotation detection sensor
JP4174652B2 (en) * 2002-01-30 2008-11-05 日本精工株式会社 Rolling bearing with sensor
JP4190849B2 (en) * 2002-10-07 2008-12-03 株式会社日本自動車部品総合研究所 Torque sensor
JP2004271235A (en) * 2003-03-05 2004-09-30 Denso Corp Rotation detecting apparatus
JP4859409B2 (en) * 2005-07-27 2012-01-25 Ntn株式会社 Bearing with rotation sensor
DE102008042912A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-22 Robert Bosch Gmbh Sensor device for detecting the rotational position of a rotating component
FR2937722B1 (en) * 2008-10-24 2010-11-26 Moving Magnet Tech Mmt MAGNETIC POSITION SENSOR WITH FIELD DIRECTION MEASUREMENT AND FLOW COLLECTOR
JP5313178B2 (en) * 2010-01-05 2013-10-09 日立オートモティブシステムズ株式会社 Position sensor
JP2011185747A (en) * 2010-03-09 2011-09-22 Alps Electric Co Ltd Anomaly detector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU213470U1 (en) * 2022-03-28 2022-09-13 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" DEVICE FOR MEASURING ANGULAR DISPLACEMENTS

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