JP6244632B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
この発明は、回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device.
従来からステアリングシャフト等の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置が存在する。
詳しくは、回転角度検出装置は、測定対象となる回転軸に取り付けられる磁石と、その磁石の外周面又は端面側に対向する位置に設置される磁気センサとを備える。磁石は、所定のピッチでN極及びS極が着磁されるとともに、回転軸と一体で磁気センサに対して軸回転する。磁気センサは回転軸の回転に伴う磁石が形成する磁場の変化を検出する。このため、磁気センサの検出結果に基づき、回転軸の回転角度を検出することができる(例えば特許文献1参照)。
Conventionally, there is a rotation angle detection device that detects the rotation angle of a rotation shaft such as a steering shaft.
Specifically, the rotation angle detection device includes a magnet attached to a rotation shaft to be measured, and a magnetic sensor installed at a position facing the outer peripheral surface or end surface side of the magnet. The magnet is magnetized with N and S poles at a predetermined pitch, and rotates with respect to the magnetic sensor integrally with the rotating shaft. The magnetic sensor detects a change in the magnetic field formed by the magnet as the rotating shaft rotates. For this reason, the rotation angle of a rotating shaft is detectable based on the detection result of a magnetic sensor (for example, refer patent document 1).
上記構成においては、回転軸のずれにより磁気センサ及び磁石間の距離が変化することで、回転軸の回転角度と磁気センサの検出結果との関係にずれが生じることがある。この結果、回転角度検出装置の検出精度が低下するおそれがある。 In the configuration described above, the distance between the magnetic sensor and the magnet changes due to the deviation of the rotation axis, which may cause a deviation in the relationship between the rotation angle of the rotation axis and the detection result of the magnetic sensor. As a result, the detection accuracy of the rotation angle detection device may be reduced.
また、磁石における着磁ピッチ又は磁束密度のばらつきによっても、同様に回転角度検出装置の検出精度が低下するおそれがある。さらに、磁石及び磁気センサの組み付け位置のばらつきによっても同様に回転角度検出装置の検出精度が低下するおそれがある。 Also, the detection accuracy of the rotation angle detection device may similarly decrease due to variations in the magnetization pitch or magnetic flux density of the magnet. Furthermore, the detection accuracy of the rotation angle detection device may similarly decrease due to variations in the assembly position of the magnet and the magnetic sensor.
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転角度の検出精度を向上させた回転角度検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device with improved rotation angle detection accuracy.
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する回転角度検出装置は、測定対象となる軸に取り付けられるとともに周方向に沿ってN極及びS極が同一の着磁ピッチ間隔で交互に着磁された磁石と、前記磁石の外周面に沿って一定距離間隔で配置される前記軸の径方向の磁束を集磁する集磁部を有する磁気ヨークと、前記軸及び前記磁石の回転に伴う磁界の変化を検出する磁気センサと、前記磁気センサの検出結果に基づき前記軸の回転角度を演算する回転角度演算部と、を備えた回転角度検出装置において、前記磁気ヨークは、前記磁石の各N極に対面可能に配列される複数の集磁部からなる第1群の集磁部と、前記第1群の集磁部が各N極に対面するとき、前記磁石の各S極に対面するように配列される複数の集磁部からなる第2群の集磁部と、前記各群の集磁部にそれぞれ連結されるとともに、各群の集磁部が集磁した磁束を前記磁気センサに導く磁束導材とを備え、前記磁石、前記磁気ヨーク及び前記磁気センサにて回転角度検出部が構成され、さらにトーションバーと、前記トーションバーの両端に回転軸として設けられる第1及び第2のシャフトと、を備え、前記回転角度検出部は、前記第1及び前記第2のシャフトに対応して、2つ設けられ、さらに前記両回転角度検出部を通じて検出される回転角度の差に基づき前記回転軸に加えられるトルクを演算するトルク演算部を備えている。
Hereinafter, means for achieving the above-described object and its operation and effects will be described.
A rotation angle detection device that solves the above-mentioned problem is provided with a magnet that is attached to an axis to be measured and in which N poles and S poles are alternately magnetized at the same magnetization pitch interval along the circumferential direction, A magnetic yoke having a magnetic flux collecting portion for collecting magnetic flux in the radial direction of the shaft, which is disposed at a constant distance along the outer peripheral surface; and a magnetic sensor for detecting a change in the magnetic field accompanying rotation of the shaft and the magnet; And a rotation angle calculation unit that calculates a rotation angle of the shaft based on a detection result of the magnetic sensor, wherein the magnetic yoke is arranged to face each N pole of the magnet. When the first group of magnetism collecting units composed of a plurality of magnetism collecting units and the first group of magnetism collecting units face each N pole, a plurality of current collectors arranged so as to face each S pole of the magnet A second group of magnetic flux collectors composed of magnetic parts, and a magnetic flux collector of each group And a magnetic flux conducting material that guides the magnetic flux collected by the magnetic flux collecting portions of each group to the magnetic sensor, and the rotation angle detecting portion is configured by the magnet, the magnetic yoke, and the magnetic sensor. And a torsion bar and first and second shafts provided as rotating shafts at both ends of the torsion bar, and the rotation angle detector corresponds to the first and second shafts. Two torque calculators are provided for calculating the torque applied to the rotary shaft based on the difference between the rotation angles detected through the two rotation angle detectors.
この構成によれば、第1群の集磁部が各N極に対面するとき、第2群の集磁部が各S極に対面する。各群の集磁部がそれぞれ集磁した磁束は磁束導材を通じて磁気センサに導かれる。 According to this configuration, when the first group of magnetic flux collectors faces each N pole, the second group of magnetic flux collectors faces each S pole. The magnetic flux collected by each group of magnetic flux collectors is guided to the magnetic sensor through the magnetic flux conductor.
このため、第1群の集磁部が各N極に対面し、第2群の集磁部が各S極に対面しているとき、磁束の経路(磁路)は、磁石のN極、第1群の集磁部、それら集磁部に連結される磁束導材、磁気センサ、第2群の集磁部に連結される磁束導材、第2群の集磁部及び磁石のS極となる。また、第1群の集磁部が各S極に対面し、第2群の集磁部が各N極に対面しているとき、磁路は、磁石のN極、第2群の集磁部、それら集磁部に連結される磁束導材、磁気センサ、第1群の集磁部に連結される磁束導材、第1群の集磁部及び磁石のS極となる。 For this reason, when the first group of magnetic flux collectors faces each N pole and the second group of magnetic flux collectors faces each S pole, the magnetic flux path (magnetic path) is the N pole of the magnet, The first group of magnetic flux collectors, the magnetic flux conductors connected to these magnetic flux collectors, the magnetic sensor, the magnetic flux conductors connected to the second magnetic flux collectors, the second group of magnetic flux collectors, and the S pole of the magnet It becomes. Further, when the first group of magnetic flux collectors faces each S pole and the second group of magnetic flux collectors faces each N pole, the magnetic path is the N pole of the magnet, and the second group of magnetic flux collectors. , Magnetic flux sensor connected to the magnetic flux collector, magnetic sensor, magnetic flux conductor connected to the first magnetic flux collector, first magnetic flux collector, and S pole of the magnet.
何れの場合も、磁気センサ上に磁路を形成することができる。これにより、例えば、軸のずれ、磁石における着磁ピッチ又は磁束密度のばらつきに伴う磁気センサ周辺の磁場変化を抑制することができる。よって、回転角度検出装置における回転角度の検出精度を向上させることができる。
また、2つの回転角度検出部を通じて検出される回転角度の差に基づきトルクを演算することができる。
In either case, a magnetic path can be formed on the magnetic sensor. Thereby, for example, the magnetic field change around the magnetic sensor due to the deviation of the axis, the magnetization pitch in the magnet, or the variation in the magnetic flux density can be suppressed. Therefore, the detection accuracy of the rotation angle in the rotation angle detection device can be improved.
Further, the torque can be calculated based on the difference between the rotation angles detected through the two rotation angle detection units.
上記回転角度検出装置について、前記磁石には、2つの前記磁気ヨークが設けられていることが好ましい。
上記回転角度検出装置について、前記磁気ヨークは、前記磁石の外周面の一部に沿って円弧状に、かつ同一高さに配置されることが好ましい。
In the rotation angle detection device, the magnet is preferably provided with two magnetic yokes.
For the rotation angle detecting device, before Ki磁 vapor yoke, in an arc along a portion of the outer peripheral surface of the magnet, and preferably disposed at the same height.
この構成によれば、両磁気ヨークは、磁石の外周面の一部に沿って円弧状に、かつ同一高さに配置される。よって、両磁気ヨークを軸方向に沿って配列する必要がなく、回転角度検出装置を軸方向にコンパクトに構成することができる。 According to this configuration, the two magnetic yokes are arranged in an arc shape and at the same height along a part of the outer peripheral surface of the magnet. Therefore, it is not necessary to arrange both magnetic yokes along the axial direction, and the rotation angle detecting device can be configured compactly in the axial direction.
上記回転角度検出装置について、前記両回転角度検出部における磁石はそれぞれ異なる極数にて構成され、前記回転角度演算部は前記両回転角度検出部を通じて検出される角度に基づき前記回転軸の回転角度を演算することが好ましい。
For upper Symbol rotation angle detecting device, the rotation of the magnet in both the rotation angle detection unit is constituted by different number of poles, respectively, the rotation angle calculation unit the rotary shaft based on the angle detected through the two rotary angle detector It is preferable to calculate the angle.
この構成によれば、両回転角度検出部における磁石はそれぞれ異なる極数にて構成されている。このため、回転軸の回転時における一方の回転角度検出部において検出される角度の周期と、他方の回転角度検出部において検出される角度の周期とが異なる。このため、より広い角度範囲において回転軸の回転角度を特定することができる。 According to this configuration, the magnets in both rotation angle detection units are configured with different numbers of poles. For this reason, the period of the angle detected in one rotation angle detection part at the time of rotation of a rotating shaft differs from the period of the angle detected in the other rotation angle detection part. For this reason, the rotation angle of a rotating shaft can be specified in a wider angle range.
上記回転角度検出装置について、前記磁石の周方向に沿って交互にN極及びS極が配置され、前記磁石の軸方向に沿ってN極及びS極の2つの磁極が配置されることが好ましい。 About the said rotation angle detection apparatus, it is preferable that N pole and S pole are alternately arrange | positioned along the circumferential direction of the said magnet, and two magnetic poles, N pole and S pole, are arrange | positioned along the axial direction of the said magnet. .
この構成によれば、磁石及び磁気ヨークの周方向の長さに対して磁気ヨークを通じて効率よく磁力を磁気センサに加えることができる。 According to this configuration, the magnetic force can be efficiently applied to the magnetic sensor through the magnetic yoke with respect to the circumferential length of the magnet and the magnetic yoke.
本発明によれば、回転角度検出装置において、回転角度の検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, in the rotation angle detection device, the detection accuracy of the rotation angle can be improved.
(第1の実施形態)
以下、回転角度検出装置の一実施形態について図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、回転角度検出装置10はステアリングシャフト5の回転角度を通じて、ステアリングシャフト5に連結されるステアリング(図示略)の回転角度(操舵角)を検出するものである。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a rotation angle detection device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the rotation angle detection device 10 detects the rotation angle (steering angle) of a steering (not shown) connected to the steering shaft 5 through the rotation angle of the steering shaft 5.
詳しくは、回転角度検出装置10は、磁石12と、2つの磁気ヨーク20a,20bと、2つの磁気センサ13a,13bと、角度演算部15とを備える。
磁石12は円柱状のステアリングシャフト5の外周に装着可能に円環状に形成されている。この磁石12は、ステアリングシャフト5と一体回転可能にステアリングシャフト5の外周に固定される。
Specifically, the rotation angle detection device 10 includes a magnet 12, two magnetic yokes 20a and 20b, two magnetic sensors 13a and 13b, and an angle calculation unit 15.
The magnet 12 is formed in an annular shape so that it can be mounted on the outer periphery of the cylindrical steering shaft 5. The magnet 12 is fixed to the outer periphery of the steering shaft 5 so as to rotate integrally with the steering shaft 5.
図2に示すように、磁石12は、周方向に沿ってN極及びS極が交互に着磁されている。本例では、磁石12は各極の着磁ピッチが同一角度α(α=30°)となるように形成されている。 As shown in FIG. 2, the magnet 12 is alternately magnetized with N and S poles along the circumferential direction. In this example, the magnet 12 is formed such that the magnetization pitch of each pole is the same angle α (α = 30 °).
図1に示すように、2つの磁気ヨーク20a,20bは磁性体で形成されるとともに、磁石12の外周に固定されている。各磁気ヨーク20a,20bは、磁束導材23a,23bと、第1群の集磁部24aと、第2群の集磁部24bとを備える。 As shown in FIG. 1, the two magnetic yokes 20 a and 20 b are formed of a magnetic material and are fixed to the outer periphery of the magnet 12. Each of the magnetic yokes 20a and 20b includes magnetic flux conducting materials 23a and 23b, a first group of magnetic flux collectors 24a, and a second group of magnetic flux collectors 24b.
両磁気ヨーク20a,20bは互いに同一の形状で形成される。ここでは、第1の磁気ヨーク20aについてのみ代表して説明する。
磁束導材23a,23bは、磁石12の外周を囲むように円環線状に形成されるとともに、互いに上下方向(軸方向)に離間して配置される。磁束導材23a,23bはその端部が、磁石12の側方に位置する磁気センサ13aを挟むように形成されている。
Both magnetic yokes 20a and 20b are formed in the same shape. Here, only the first magnetic yoke 20a will be described as a representative.
The magnetic flux guides 23a and 23b are formed in an annular line so as to surround the outer periphery of the magnet 12, and are spaced apart from each other in the vertical direction (axial direction). The end portions of the magnetic flux conducting members 23a and 23b are formed so as to sandwich the magnetic sensor 13a located on the side of the magnet 12.
第1の磁束導材23aには一定角度βごとに下側に突出した板状の集磁部24aが形成されている。これら集磁部24aが第1群の集磁部24aを構成する。この一定角度βは上記角度αの2倍となる。各集磁部24aは図中下側に向かうにつれて図中左右方向の幅Wが小さくなる二等辺三角形状に形成されている。 The first magnetic flux conducting member 23a is formed with a plate-like magnetic flux collecting portion 24a that protrudes downward at every constant angle β. These magnetic flux collectors 24a constitute a first magnetic flux collector 24a. This constant angle β is twice the angle α. Each of the magnetism collecting portions 24a is formed in an isosceles triangle shape in which the width W in the left-right direction in the drawing becomes smaller as going downward in the drawing.
第2の磁束導材23bには一定角度βごとに上側に突出した板状の集磁部24bが形成されている。これら集磁部24bが第2群の集磁部24bを構成する。各集磁部24bは図中上側に向かうにつれて図中左右方向の幅Wが小さくなる二等辺三角形状に形成されている。各磁気センサ13a,13bは例えばホールICである。 The second magnetic flux conducting member 23b is formed with a plate-like magnetic flux collecting portion 24b that protrudes upward at every constant angle β. These magnetic flux collectors 24b constitute a second magnetic flux collector 24b. Each magnetism collecting portion 24b is formed in an isosceles triangle shape in which the width W in the left-right direction in the drawing becomes smaller toward the upper side in the drawing. Each magnetic sensor 13a, 13b is, for example, a Hall IC.
第1群の集磁部24a及び第2群の集磁部24bはほぼ同一高さに位置するとともに、互いに一定角度αだけずれた位置関係となっている。従って、磁石12の周方向に沿って両集磁部24a,24bは交互に配置される。両磁気ヨーク20a,20bは互いに一定角度γだけずれた位置に設けられている。 The first group of magnetism collecting portions 24a and the second group of magnetism collecting portions 24b are positioned at substantially the same height, and are offset from each other by a certain angle α. Therefore, the two magnetism collecting portions 24 a and 24 b are alternately arranged along the circumferential direction of the magnet 12. Both magnetic yokes 20a and 20b are provided at positions shifted from each other by a fixed angle γ.
上記2つの磁気ヨーク20a,20bは、磁石12の径方向における磁束を集める。
また、図3に拡大して示すように、磁束の経路は、磁気ヨーク20aにおいて磁石12のN極、そのN極に対応する第1群の集磁部24a、磁束導材23a、磁気センサ13a、磁束導材23b、磁石12のS極に対応する第2群の集磁部24b及び磁石12のS極となる。よって、磁気センサ13a上に磁路を形成することができる。
The two magnetic yokes 20 a and 20 b collect magnetic flux in the radial direction of the magnet 12.
Further, as shown in FIG. 3 in an enlarged manner, the magnetic flux path includes the N pole of the magnet 12 in the magnetic yoke 20a, the first group of magnetism collecting portions 24a corresponding to the N pole, the magnetic flux conducting member 23a, and the magnetic sensor 13a. , The magnetic flux conducting material 23b, the second group of magnetism collecting portions 24b corresponding to the S pole of the magnet 12, and the S pole of the magnet 12. Therefore, a magnetic path can be formed on the magnetic sensor 13a.
磁気ヨーク20bは、上記磁気ヨーク20aと構成は同一であるものの、上記磁気ヨーク20aに対して一定角度γだけ磁石12の周方向に回転した位置に固定される。磁気ヨーク20bに対応して磁気センサ13bが設けられている。 The magnetic yoke 20b has the same configuration as the magnetic yoke 20a, but is fixed at a position rotated in the circumferential direction of the magnet 12 by a certain angle γ with respect to the magnetic yoke 20a. A magnetic sensor 13b is provided corresponding to the magnetic yoke 20b.
つぎに、回転角度検出装置10の作用について説明する。
ステアリングシャフト5の回転に伴って磁石12が両磁気ヨーク20a,20bに対して軸回転する。各磁気センサ13a,13bは、磁石12のS極及びN極に対する集磁部24a,24bの位置に応じた信号(電圧)を出力する。具体的には、第1群の集磁部24aが各N極に対面するとき、第2群の集磁部24bが各S極に対面する。
Next, the operation of the rotation angle detection device 10 will be described.
As the steering shaft 5 rotates, the magnet 12 rotates about the magnetic yokes 20a and 20b. Each magnetic sensor 13a, 13b outputs a signal (voltage) corresponding to the position of the magnetic flux collectors 24a, 24b with respect to the S pole and N pole of the magnet 12. Specifically, when the first group of magnetic flux collectors 24a faces each N pole, the second group of magnetic flux collectors 24b faces each S pole.
このとき、図3に示すように、磁束の経路(磁路)は、磁石12のN極、第1群の集磁部24a、それら集磁部24aに連結される磁束導材23a、磁気センサ13a、磁束導材23b、第2群の集磁部24b及び磁石12のS極となる。また、第1群の集磁部24aが各S極に対面し、第2群の集磁部24bが各N極に対面しているとき、磁路は、磁石12のN極、第2群の集磁部24b、それら集磁部24bに連結される磁束導材23b、磁気センサ13a、磁束導材23a、第1群の集磁部24a及び磁石12のS極となる。何れの場合であっても、磁気センサ13a上に磁路を形成することができる。同様に磁気ヨーク20bは磁気センサ13b上に磁路を形成する。 At this time, as shown in FIG. 3, the magnetic flux path (magnetic path) includes the N pole of the magnet 12, the first group of magnetic collecting portions 24 a, the magnetic flux conducting material 23 a connected to these magnetic collecting portions 24 a, and the magnetic sensor. 13a, the magnetic flux conducting material 23b, the second group of magnetic collecting portions 24b, and the south pole of the magnet 12. In addition, when the first group of magnetic collecting portions 24a faces each S pole and the second group of magnetic collecting portions 24b faces each N pole, the magnetic path is the N pole of the magnet 12, the second group. Magnetic flux collecting parts 24b, magnetic flux conducting material 23b connected to these magnetic collecting parts 24b, magnetic sensor 13a, magnetic flux conducting material 23a, first group of magnetic flux collecting parts 24a, and S pole of magnet 12. In either case, a magnetic path can be formed on the magnetic sensor 13a. Similarly, the magnetic yoke 20b forms a magnetic path on the magnetic sensor 13b.
また、上記のように、両磁気ヨーク20a,20bは互いに一定角度γだけずれた位置に設けられているため、両磁気センサ13a,13bは互いに位相がずれた信号を角度演算部15(回転角度演算部)に出力する。従って、第1の磁気センサ13aはSin波の信号Ssinを出力し、第2の磁気センサ13bはCos波の信号Scosを出力する。角度演算部15は両信号Ssin,Scosに基づきステアリングシャフト5の回転角度を検出する。 Further, as described above, since both magnetic yokes 20a and 20b are provided at positions shifted from each other by a fixed angle γ, both magnetic sensors 13a and 13b can output signals whose phases are shifted from each other to the angle calculator 15 (rotation angle). To the arithmetic unit). Accordingly, the first magnetic sensor 13a outputs a Sin wave signal Ssin, and the second magnetic sensor 13b outputs a Cos wave signal Scos. The angle calculator 15 detects the rotation angle of the steering shaft 5 based on both signals Ssin and Scos.
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)第1群の集磁部24aが各N極に対面し、第2群の集磁部24bが各S極に対面しているとき、磁束の経路(磁路)は、磁石12のN極、第1群の集磁部24a、それら集磁部24aに連結される磁束導材23a、磁気センサ13a、磁束導材23b、第2群の集磁部24b及び磁石12のS極となる。
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) When the first group of magnetic flux collectors 24a faces each N pole and the second group of magnetic flux collectors 24b faces each S pole, the path of magnetic flux (magnetic path) N pole, first group of magnetic collecting parts 24a, magnetic flux conducting material 23a connected to these magnetic collecting parts 24a, magnetic sensor 13a, magnetic flux conducting material 23b, second group of magnetic collecting parts 24b, and S pole of magnet 12. Become.
また、第1群の集磁部24aが各S極に対面し、第2群の集磁部24bが各N極に対面しているとき、磁路は、磁石12のN極、第2群の集磁部24b、それら集磁部24bに連結される磁束導材23b、磁気センサ13a、磁束導材23a、第1群の集磁部24a及び磁石12のS極となる。このように磁気センサ13a上に磁路を形成することができる。同様に磁気ヨーク20bは磁気センサ13b上に磁路を形成する。 In addition, when the first group of magnetic collecting portions 24a faces each S pole and the second group of magnetic collecting portions 24b faces each N pole, the magnetic path is the N pole of the magnet 12, the second group. Magnetic flux collecting parts 24b, magnetic flux conducting material 23b connected to these magnetic collecting parts 24b, magnetic sensor 13a, magnetic flux conducting material 23a, first group of magnetic flux collecting parts 24a, and S pole of magnet 12. Thus, a magnetic path can be formed on the magnetic sensor 13a. Similarly, the magnetic yoke 20b forms a magnetic path on the magnetic sensor 13b.
何れの場合も、磁気センサ13a,13b上に磁路を形成することができる。これにより、例えば、軸のずれ、磁石12における着磁ピッチ又は磁束密度のばらつき、磁石12及び磁気センサ13a,13bの組み付け位置のばらつきが生じた場合における磁気センサ13a,13b周辺の磁場変化を抑制することができる。よって、回転角度検出装置10における回転角度の検出精度を向上させることができる。 In either case, a magnetic path can be formed on the magnetic sensors 13a and 13b. This suppresses, for example, changes in the magnetic field around the magnetic sensors 13a and 13b when there is a deviation in the axis, variations in the magnetization pitch or magnetic flux density in the magnet 12, and variations in the assembly position of the magnet 12 and the magnetic sensors 13a and 13b. can do. Therefore, the detection accuracy of the rotation angle in the rotation angle detection device 10 can be improved.
(第2の実施形態)
つぎに、回転角度検出装置の第2の実施形態について図4及び図5を参照して説明する。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the rotation angle detection device will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the difference from the above embodiment will be mainly described.
図4に示すように、本実施形態における磁気ヨーク30a,30bは、第1の実施形態の磁気ヨーク20a,20bと異なって磁石12の全周でなく、磁石12の周囲の一部を覆う円弧状に形成される。この点を除いて磁気ヨーク30a,30bの構成(集磁部24a,24b等)は、第1の実施形態の磁気ヨーク20a,20bと同様である。 As shown in FIG. 4, unlike the magnetic yokes 20a and 20b of the first embodiment, the magnetic yokes 30a and 30b in the present embodiment are circles that cover a part of the periphery of the magnet 12 rather than the entire circumference of the magnet 12. It is formed in an arc shape. Except for this point, the configuration of the magnetic yokes 30a and 30b (magnet collectors 24a and 24b, etc.) is the same as that of the magnetic yokes 20a and 20b of the first embodiment.
図5に示すように、両磁気ヨーク30a,30bは磁石12の外周における一定角度cに亘って形成されている。両磁気ヨーク30a,30bの一定角度cは重ならないように設定されている。図4に示すように、両磁気ヨーク30a,30bは同一高さに設置される。 As shown in FIG. 5, both magnetic yokes 30 a and 30 b are formed over a certain angle c on the outer periphery of the magnet 12. The fixed angle c of both magnetic yokes 30a and 30b is set so as not to overlap. As shown in FIG. 4, both magnetic yokes 30a and 30b are installed at the same height.
本実施形態における回転角度検出装置10の作用は第1の実施形態と同様である。
以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
(2)両磁気ヨーク30a,30bは、磁石12の外周面の一部に沿って円弧状に、かつ同一高さに配置される。よって、両磁気ヨーク30a,30bをステアリングシャフト5の軸方向に沿って配列する必要がなく、回転角度検出装置10を軸方向(図4の上下方向)にコンパクトに構成することができる。また、磁石12も軸方向にコンパクトに構成することができる。
The operation of the rotation angle detection device 10 in this embodiment is the same as that in the first embodiment.
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be achieved.
(2) Both the magnetic yokes 30 a and 30 b are arranged in a circular arc shape at the same height along a part of the outer peripheral surface of the magnet 12. Therefore, it is not necessary to arrange both magnetic yokes 30a and 30b along the axial direction of the steering shaft 5, and the rotation angle detecting device 10 can be configured compactly in the axial direction (vertical direction in FIG. 4). Moreover, the magnet 12 can also be comprised compactly in an axial direction.
(第3の実施形態)
つぎに、回転角度検出装置の第3の実施形態について図6を参照して説明する。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the rotation angle detection device will be described with reference to FIG. Hereinafter, the difference from the above embodiment will be mainly described.
図6に示すように、ステアリングシャフト5として、第1及び第2のシャフト部41,42が構成される。第1のシャフト部41がステアリング側となる。両シャフト部41,42の間には、ねじり変形可能なトーションバー45が設けられる。 As shown in FIG. 6, first and second shaft portions 41 and 42 are configured as the steering shaft 5. The first shaft portion 41 is on the steering side. A torsion bar 45 that can be torsionally deformed is provided between the shaft portions 41 and 42.
第1の実施形態における磁石12及び両磁気ヨーク20a,20bにて回転角度検出部31a,31bが構成されるとする。回転角度検出部31a,31bは、各シャフト部41,42に対応して設けられる。 It is assumed that the rotation angle detectors 31a and 31b are configured by the magnet 12 and the two magnetic yokes 20a and 20b in the first embodiment. The rotation angle detectors 31a and 31b are provided corresponding to the shafts 41 and 42, respectively.
各回転角度検出部31a,31bは、第1の実施形態と同様に作用することでそれぞれが自身に対応するシャフト部41,42の回転角度を検出する。
回転角度検出部31aの角度演算部15aはIN角度(ステアリングの操舵角)を検出し、そのIN角度をトルク演算部35に出力する。また、回転角度検出部31bの角度演算部15bはOUT角度を検出し、そのOUT角度をトルク演算部35に出力する。
Each rotation angle detection part 31a, 31b detects the rotation angle of the shaft parts 41 and 42 each corresponding to itself by acting similarly to 1st Embodiment.
The angle calculator 15 a of the rotation angle detector 31 a detects an IN angle (steering angle of the steering) and outputs the IN angle to the torque calculator 35. The angle calculation unit 15 b of the rotation angle detection unit 31 b detects the OUT angle and outputs the OUT angle to the torque calculation unit 35.
トルク演算部35は、IN角度及びOUT角度の差に基づきトーションバー45のねじれ角度、ひいてはステアリングシャフト5に加わるトルクを演算する。
以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
The torque calculation unit 35 calculates the torsion angle of the torsion bar 45 and consequently the torque applied to the steering shaft 5 based on the difference between the IN angle and the OUT angle.
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be achieved.
(3)回転角度検出部31a,31bを各シャフト部41,42に対応して設ける。そして、トルク演算部35は、回転角度検出部31aを通じて検出したIN角度と、回転角度検出部31bを通じて検出したOUT角度との差に基づきステアリングシャフト5に加わるトルクを演算する。 (3) The rotation angle detectors 31a and 31b are provided corresponding to the shafts 41 and 42, respectively. Then, the torque calculator 35 calculates the torque applied to the steering shaft 5 based on the difference between the IN angle detected through the rotation angle detector 31a and the OUT angle detected through the rotation angle detector 31b.
(第4の実施形態)
つぎに、回転角度検出装置の第4の実施形態について図7及び図8を参照して説明する。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the rotation angle detection device will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the difference from the above embodiment will be mainly described.
図7に示すように、本実施形態においては、回転角度検出部31aに対応する磁石12aの極数と、回転角度検出部31bに対応する磁石12bの極数とが異なるように設定されている。磁石12aの極数は磁石12bの極数より多い。集磁部24a,24bは磁石12a,12bの極数に応じた数だけ形成されている。 As shown in FIG. 7, in this embodiment, the number of poles of the magnet 12a corresponding to the rotation angle detection unit 31a is set to be different from the number of poles of the magnet 12b corresponding to the rotation angle detection unit 31b. . The number of poles of the magnet 12a is larger than the number of poles of the magnet 12b. The magnetism collecting portions 24a and 24b are formed in a number corresponding to the number of poles of the magnets 12a and 12b.
本構成においては、図8に示すように、ステアリングシャフト5の回転時における回転角度検出部31aの磁気センサ13a,13bの検出結果から特定される角度の周期T1は、回転角度検出部31bの磁気センサ13a,13bの検出結果から特定される角度の周期T2より小さくなる。このため、角度演算部15は、両回転角度検出部31a,31bにおいて特定される角度を比較することで操舵角を0°〜360°の範囲で特定することができる。 In this configuration, as shown in FIG. 8, the period T1 of the angle specified from the detection results of the magnetic sensors 13a and 13b of the rotation angle detection unit 31a when the steering shaft 5 rotates is the magnetism of the rotation angle detection unit 31b. It becomes smaller than the period T2 of the angle specified from the detection results of the sensors 13a and 13b. For this reason, the angle calculation unit 15 can specify the steering angle in the range of 0 ° to 360 ° by comparing the angles specified by the rotation angle detection units 31a and 31b.
以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
(4)両磁石12a,12bは異なる極数にて構成され、集磁部24a,24bも磁石12a,12bの極数に応じた数に構成されている。この構成では、一方の回転角度検出部31aにおいて検出される角度の周期T1と、他方の回転角度検出部31bにおいて検出される角度の周期T2とを異ならせることができる。このため、より広い角度範囲においてステアリングの操舵角を特定することができる。
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be achieved.
(4) Both the magnets 12a and 12b are configured with different numbers of poles, and the magnetic collecting portions 24a and 24b are also configured with a number corresponding to the number of poles of the magnets 12a and 12b. In this configuration, the angular period T1 detected by one rotation angle detection unit 31a can be different from the angular period T2 detected by the other rotation angle detection unit 31b. For this reason, the steering angle of the steering can be specified in a wider angle range.
(第5の実施形態)
つぎに、回転角度検出装置の第5の実施形態について図9を参照して説明する。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the rotation angle detection device will be described with reference to FIG. Hereinafter, the difference from the above embodiment will be mainly described.
図9に示すように、磁石12には、ステアリングシャフト5の周方向(図中左右方向)に沿ってN極及びS極が交互に着磁されている。また、この磁石12には、ステアリングシャフト5の軸方向(図中上下方向)に沿って異なる2つの磁極が着磁されている。また、磁気ヨーク30a,30bの集磁部24a,24bは磁石12の各磁極に対応する位置に設けられている。 As shown in FIG. 9, N poles and S poles are alternately magnetized on the magnet 12 along the circumferential direction (left and right direction in the drawing) of the steering shaft 5. The magnet 12 is magnetized with two different magnetic poles along the axial direction of the steering shaft 5 (vertical direction in the figure). Further, the magnetic collecting portions 24 a and 24 b of the magnetic yokes 30 a and 30 b are provided at positions corresponding to the magnetic poles of the magnet 12.
本構成においては、図9の矢印に示すように、磁束は上下方向に対応するN極及びS極間で磁気ヨーク30a,30bにより磁気センサ13aを経て閉じるように形成される。これにより、磁気ヨーク30a,30bは磁石12の周方向の長さに対して効率よく磁力を磁気センサ13aに加えることができる。従って、磁石12及び磁気ヨーク30a,30bの周方向の長さを低減することもできる。 In this configuration, as indicated by the arrows in FIG. 9, the magnetic flux is formed between the north and south poles corresponding to the vertical direction so as to be closed by the magnetic yokes 30a and 30b via the magnetic sensor 13a. Thus, the magnetic yokes 30a and 30b can efficiently apply a magnetic force to the magnetic sensor 13a with respect to the circumferential length of the magnet 12. Accordingly, the circumferential lengths of the magnet 12 and the magnetic yokes 30a and 30b can be reduced.
また、本実施形態を上記第2の実施形態(図4及び図5)に適用した場合でも、第1の実施形態と同等の磁気センサ13a,13bへ加わる磁力を確保することができる。
以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
Even when this embodiment is applied to the second embodiment (FIGS. 4 and 5), the magnetic force applied to the magnetic sensors 13a and 13b equivalent to that of the first embodiment can be ensured.
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be achieved.
(5)磁石12がステアリングシャフト5の軸方向(図中上下方向)及び周方向(図中左右方向)に沿って交互にN極及びS極が配置されている。また、磁気ヨーク30a,30bの集磁部24a,24bは磁石12の各磁極に対応して位置している。これにより、磁石12及び磁気ヨーク30a,30bの周方向の長さに対して効率よく磁力を磁気センサ13a,13bに加えることができる。 (5) N poles and S poles are alternately arranged in the magnet 12 along the axial direction (vertical direction in the drawing) and the circumferential direction (horizontal direction in the drawing) of the steering shaft 5. Further, the magnetic collecting portions 24 a and 24 b of the magnetic yokes 30 a and 30 b are located corresponding to the magnetic poles of the magnet 12. Thereby, magnetic force can be efficiently applied to the magnetic sensors 13a and 13b with respect to the circumferential lengths of the magnet 12 and the magnetic yokes 30a and 30b.
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記各実施形態においては、各磁気センサ13a,13bとしてホールICが例示されていたが、その他の磁気センサ、例えば磁気抵抗効果素子、コイル等であってもよい。
In addition, the said embodiment can be implemented with the following forms which changed this suitably.
In the above embodiments, the Hall ICs are exemplified as the magnetic sensors 13a and 13b. However, other magnetic sensors such as a magnetoresistive effect element and a coil may be used.
・磁石12の着磁方法は上記各実施形態に限らず、例えば図10に示すように、磁石12をスキュー(斜め)に着磁してもよい。この構成においては、磁石12の上下方向の長さをコンパクトとしつつ、第1の実施形態と同様の作用を得ることができる。 -The magnetizing method of the magnet 12 is not limited to the above embodiments, and the magnet 12 may be magnetized skewed (obliquely), for example, as shown in FIG. In this configuration, the same action as that of the first embodiment can be obtained while making the length of the magnet 12 in the vertical direction compact.
・上記各実施形態においては、回転角度検出装置10はステアリングの操舵角を検出可能であったが、その他の回転軸の回転角度を検出してもよい。 In each of the above-described embodiments, the rotation angle detection device 10 can detect the steering angle of the steering, but may detect the rotation angle of other rotation shafts.
5…ステアリングシャフト、10…回転角度検出装置、12,12a,12b…磁石、13a…第1の磁気センサ、13b…第2の磁気センサ、15,15a,15b…角度演算部、20a…第1の磁気ヨーク、20b…第2の磁気ヨーク、30a,30b…磁気ヨーク、23a…第1の磁束導材、23b…第2の磁束導材、24a…第1群の集磁部、24b…第2群の集磁部、31a,31b…回転角度検出部、35…トルク演算部、41…第1のシャフト部、42…第2のシャフト部、45…トーションバー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Steering shaft, 10 ... Rotation angle detection apparatus, 12, 12a, 12b ... Magnet, 13a ... 1st magnetic sensor, 13b ... 2nd magnetic sensor, 15, 15a, 15b ... Angle calculating part, 20a ... 1st 20b ... second magnetic yoke, 30a, 30b ... magnetic yoke, 23a ... first magnetic flux conducting material, 23b ... second magnetic flux conducting material, 24a ... first group of magnetic collecting parts, 24b ... first Two groups of magnetism collecting portions, 31a, 31b ... rotation angle detecting portion, 35 ... torque calculating portion, 41 ... first shaft portion, 42 ... second shaft portion, 45 ... torsion bar.
Claims (5)
前記磁石の外周面に沿って一定距離間隔で配置される前記軸の径方向の磁束を集磁する集磁部を有する磁気ヨークと、
前記軸及び前記磁石の回転に伴う磁界の変化を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの検出結果に基づき前記軸の回転角度を演算する回転角度演算部と、を備えた回転角度検出装置において、
前記磁気ヨークは、
前記磁石の各N極に対面可能に配列される複数の集磁部からなる第1群の集磁部と、
前記第1群の集磁部が各N極に対面するとき、前記磁石の各S極に対面するように配列される複数の集磁部からなる第2群の集磁部と、
前記各群の集磁部にそれぞれ連結されるとともに、各群の集磁部が集磁した磁束を前記磁気センサに導く磁束導材とを備え、
前記磁石、前記磁気ヨーク及び前記磁気センサにて回転角度検出部が構成され、
さらにトーションバーと、
前記トーションバーの両端に回転軸として設けられる第1及び第2のシャフトと、を備え、
前記回転角度検出部は、前記第1及び前記第2のシャフトに対応して、2つ設けられ、
さらに前記両回転角度検出部を通じて検出される回転角度の差に基づき前記回転軸に加えられるトルクを演算するトルク演算部を備える
ことを特徴とする回転角度検出装置。 A magnet that is attached to the shaft to be measured and in which the north and south poles are alternately magnetized at the same magnetization pitch interval along the circumferential direction;
A magnetic yoke having a magnetic flux collecting portion for collecting magnetic flux in the radial direction of the shaft, which is arranged at regular distance intervals along the outer peripheral surface of the magnet;
A magnetic sensor for detecting a change in magnetic field accompanying rotation of the shaft and the magnet;
In a rotation angle detection device comprising: a rotation angle calculation unit that calculates the rotation angle of the shaft based on the detection result of the magnetic sensor;
The magnetic yoke is
A first group of magnetic flux collectors composed of a plurality of magnetic flux collectors arranged to face each N pole of the magnet;
When the first group of magnetic flux collectors faces each N pole, a second group of magnetic flux collectors composed of a plurality of magnetic flux collectors arranged to face each S pole of the magnet;
A magnetic flux guide material coupled to each of the magnetism collecting portions of each group and guiding the magnetic flux collected by each magnetism collecting portion to the magnetic sensor;
The magnet, the magnetic yoke, and the magnetic sensor constitute a rotation angle detection unit,
And a torsion bar
A first shaft and a second shaft provided as rotating shafts at both ends of the torsion bar ;
Two rotation angle detectors are provided corresponding to the first and second shafts,
The rotation angle detection device further includes a torque calculation unit that calculates a torque applied to the rotation shaft based on a difference between rotation angles detected through the both rotation angle detection units.
前記磁石には、2つの前記磁気ヨークが設けられている
ことを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle of the detection device according to claim 1,
The magnet rotation angle detection apparatus characterized by two of said magnetic yoke is provided.
前記磁気ヨークは、前記磁石の外周面の一部に沿って円弧状に、かつ同一高さに配置される The magnetic yoke is arranged in an arc shape and at the same height along a part of the outer peripheral surface of the magnet.
ことを特徴とする回転角度検出装置。 A rotation angle detection device characterized by that.
前記両回転角度検出部における磁石はそれぞれ異なる極数にて構成され、
前記回転角度演算部は前記両回転角度検出部を通じて検出される角度に基づき前記回転軸の回転角度を演算する
ことを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 3 ,
The magnets in the both rotation angle detectors are configured with different numbers of poles,
The rotation angle calculation unit calculates a rotation angle of the rotation shaft based on an angle detected through the both rotation angle detection units.
前記磁石の周方向に沿って交互にN極及びS極が配置され、
前記磁石の軸方向に沿ってN極及びS極の2つの磁極が配置される
ことを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 4 ,
N poles and S poles are alternately arranged along the circumferential direction of the magnet,
Two rotation poles, an N pole and an S pole, are arranged along the axial direction of the magnet.
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