JPH03165214A - 角度センサ - Google Patents
角度センサInfo
- Publication number
- JPH03165214A JPH03165214A JP30528389A JP30528389A JPH03165214A JP H03165214 A JPH03165214 A JP H03165214A JP 30528389 A JP30528389 A JP 30528389A JP 30528389 A JP30528389 A JP 30528389A JP H03165214 A JPH03165214 A JP H03165214A
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- JP
- Japan
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- permanent magnet
- rotor
- sensor
- angle
- rotation
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野
この発明は、モータなどの回転機器に係り、回転体の角
度検出に用いて好適な角度センサに関する。
度検出に用いて好適な角度センサに関する。
「従来の技術」
従来より、モータなどのシャフトの回転角を検出する角
度センサには、接触形ポテンションメータと非接触形ポ
テンションメータがある。
度センサには、接触形ポテンションメータと非接触形ポ
テンションメータがある。
上述した接触形ポテンションメータには、例えば、パタ
ーン状の抵抗体表面をブランが摺動し、抵抗値変化を検
出するものがある。
ーン状の抵抗体表面をブランが摺動し、抵抗値変化を検
出するものがある。
次に、非接触形ポテンションメータには、ＭＲ（磁気抵
抗）素子と永久磁石とからなり、シャフトに連動して回
転する永久磁石によって変化する磁気を上記ＭＲ素子に
より検出するものがある。
抗）素子と永久磁石とからなり、シャフトに連動して回
転する永久磁石によって変化する磁気を上記ＭＲ素子に
より検出するものがある。
この無接触ポテンションメータの角度センサについて、
第８図を参照して説明する。
第８図を参照して説明する。
まず、上述した角度センサでは、直列接続されたＭＲ素
子１．１に入力電圧Ｖ□９が印加される（端子ＴＩと端
子Ｔ３との間）。そして、シャフト２が回転すると、こ
のシャフト２に直結された半円状の永久磁石３がシャフ
ト２に連動して回転する。
子１．１に入力電圧Ｖ□９が印加される（端子ＴＩと端
子Ｔ３との間）。そして、シャフト２が回転すると、こ
のシャフト２に直結された半円状の永久磁石３がシャフ
ト２に連動して回転する。
永久磁石３が回転すると、この永久磁石３の回転に伴っ
て、ＭＲ素子１．夏に対する磁界が変化し、このＭｆｌ
素子１．１の抵抗値が変化する。すなわち、永久磁石３
の位置（回転角）に応じて、ＭＲ素子１．１の抵抗値が
変化する。
て、ＭＲ素子１．夏に対する磁界が変化し、このＭｆｌ
素子１．１の抵抗値が変化する。すなわち、永久磁石３
の位置（回転角）に応じて、ＭＲ素子１．１の抵抗値が
変化する。
この結果、ンヤフト２の回転角に応じて電圧値が変化す
る正弦波電圧Ｖ。Ｕ７が出力される（端子Ｔ２と端子Ｔ
３との間）。
る正弦波電圧Ｖ。Ｕ７が出力される（端子Ｔ２と端子Ｔ
３との間）。
「発明が解決しようとする課題Ｊ
ところで、接触形ボテンンヨンメータによる角度センサ
では、摺動部分を有するため、ブランおよびディスクに
摩耗が生じ、寿命が比較的短い、または回転するための
トルクが大きいという問題を生じる。
では、摺動部分を有するため、ブランおよびディスクに
摩耗が生じ、寿命が比較的短い、または回転するための
トルクが大きいという問題を生じる。
次に、上述した非接触形ポテンションメータによる角度
センサでは、有効角を大きくとるためには、サイズ（径
４例えば４０〜５０ｍｍφ、長さ■６〜２０ ｍ ｍ
Ｌ ）を大きくしなければならず、設置のためのスペー
スが大きくなるという問題を生じる。また、出力分圧比
が４０〜６０％であるため、例えば、入力電圧を５Ｖと
した時の出力電圧は２〜３ｖとなり、ピーク間電圧Ｖｐ
−ｐがＩＶ程度と小さい。すなわち、従来の非接触形ポ
テンションメータの角度センサでは、シャフトの角度変
化に対する出力電圧の変化量が小さいため、角度分解能
が低いという問題を生じる。
センサでは、有効角を大きくとるためには、サイズ（径
４例えば４０〜５０ｍｍφ、長さ■６〜２０ ｍ ｍ
Ｌ ）を大きくしなければならず、設置のためのスペー
スが大きくなるという問題を生じる。また、出力分圧比
が４０〜６０％であるため、例えば、入力電圧を５Ｖと
した時の出力電圧は２〜３ｖとなり、ピーク間電圧Ｖｐ
−ｐがＩＶ程度と小さい。すなわち、従来の非接触形ポ
テンションメータの角度センサでは、シャフトの角度変
化に対する出力電圧の変化量が小さいため、角度分解能
が低いという問題を生じる。
この発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、請求
項１記載の発明では、高寿命、低トルク化が実現できる
角度センサを提供することを目的としている。また、請
求項２記載の発明では、出力分圧比の下限を５０％以上
にすることができる角度センサを提供することを目的と
している。さらに、請求項３記載の発明では、大型化す
ることなく有効角を広くでき、また、出力電圧の直線性
に優れる角度センサを提供することを目的としている。
項１記載の発明では、高寿命、低トルク化が実現できる
角度センサを提供することを目的としている。また、請
求項２記載の発明では、出力分圧比の下限を５０％以上
にすることができる角度センサを提供することを目的と
している。さらに、請求項３記載の発明では、大型化す
ることなく有効角を広くでき、また、出力電圧の直線性
に優れる角度センサを提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」
このような問題点を解決するために、請求項Ｉ記載の発
明では、２極着磁した永久磁石と、該永久磁石の磁気変
化を検出するホール素子または磁気抵抗素子のいずれか
からなる磁気検出素子とを具備することを特徴とする 請求項２記載の発明では、前記磁気検出素子は、同一基
板上または別基板上に２つ以上配置され、かつ、各々が
出力する検出信号を該磁気検出素子」二または増幅器上
で合成することを特徴とする請求項３記載の発明では、
前記永久磁石は、所望する出力電圧の直線性、有効角度
に応じて、最適化を施した形状および配置にすることを
特徴とする。
明では、２極着磁した永久磁石と、該永久磁石の磁気変
化を検出するホール素子または磁気抵抗素子のいずれか
からなる磁気検出素子とを具備することを特徴とする 請求項２記載の発明では、前記磁気検出素子は、同一基
板上または別基板上に２つ以上配置され、かつ、各々が
出力する検出信号を該磁気検出素子」二または増幅器上
で合成することを特徴とする請求項３記載の発明では、
前記永久磁石は、所望する出力電圧の直線性、有効角度
に応じて、最適化を施した形状および配置にすることを
特徴とする。
１作用」
磁気検出素子は、回転体に嵌合された永久磁石の磁気変
化を検出する。この場合、磁気検出素子を同一基板上ま
たは別基板上に２つ以上配置し、かっ、６々か出力する
検出信号を該磁気検出素子上または増幅器上で合成する
。これによって、出力分圧比が５０％以上になる。
化を検出する。この場合、磁気検出素子を同一基板上ま
たは別基板上に２つ以上配置し、かっ、６々か出力する
検出信号を該磁気検出素子上または増幅器上で合成する
。これによって、出力分圧比が５０％以上になる。
また、所望する出力電圧の直線性および有効角度に応じ
て、永久磁石の形状および配置に最適化を実施する。
て、永久磁石の形状および配置に最適化を実施する。
「実施例」
次に図面を参照してこの発明の実施例について説明する
。
。
第１図（ａ）はこの発明の第１の実施例の構造を示す断
面図である。また、第１図（ｂ）は同実施例の内部構造
を示す斜視図である。これらの図において、ｌＯは本体
であり、上部が開口した円筒形状をしている。この本体
ＩＯの底面１０ａには孔１０ｂが設けられており、上部
には段＄１０Ｃが設けられている。この段部１０ｃには
、ＭＲセンサ１１やアンプ１２などが設けられた回路基
板１３が設置されている。回路基板１３には、電源を供
給するための電源コートおよび出力信号コード１４が接
続されており、この電源コードおよび出力信号コード１
４は、本体１０の外部へ導出されている。また、本体Ｉ
Ｏの上部には、蓋部１５が締め付は固定されている。次
に、本体１０の内部には、ロータ１６が回転自在に設置
されており、このロータ１６の一方の端面中心にシャフ
ト１６ａが取り付けられている。シャフト１６ａは、上
述した孔１０ｂを貫通し、外部へ突出している。
面図である。また、第１図（ｂ）は同実施例の内部構造
を示す斜視図である。これらの図において、ｌＯは本体
であり、上部が開口した円筒形状をしている。この本体
ＩＯの底面１０ａには孔１０ｂが設けられており、上部
には段＄１０Ｃが設けられている。この段部１０ｃには
、ＭＲセンサ１１やアンプ１２などが設けられた回路基
板１３が設置されている。回路基板１３には、電源を供
給するための電源コートおよび出力信号コード１４が接
続されており、この電源コードおよび出力信号コード１
４は、本体１０の外部へ導出されている。また、本体Ｉ
Ｏの上部には、蓋部１５が締め付は固定されている。次
に、本体１０の内部には、ロータ１６が回転自在に設置
されており、このロータ１６の一方の端面中心にシャフ
ト１６ａが取り付けられている。シャフト１６ａは、上
述した孔１０ｂを貫通し、外部へ突出している。
また、このロータ１６には、回転中心軸に対し、所定の
オフセットを有して、円柱状の永久磁石１７が嵌合され
ている（第１図（ｂ）参照）。この永久磁石１７は、上
部（ＭＲセンサ１１側）がＮ極、下部がＳ極に着磁され
ている。
オフセットを有して、円柱状の永久磁石１７が嵌合され
ている（第１図（ｂ）参照）。この永久磁石１７は、上
部（ＭＲセンサ１１側）がＮ極、下部がＳ極に着磁され
ている。
次に、上述した回路基板１３上のＭＲセンサ１１の配置
およびＭｌ’（センサＩＩについて、第２図を参照して
説明する。まず、ＭＲセンサ！ｌは、回路基板１３の下
面に設けられており、縦方向のセンタに対して１．５ｍ
ｍ、また横方向のセンタに対して０．３ ｍｍずれた位
置に設置されている。
およびＭｌ’（センサＩＩについて、第２図を参照して
説明する。まず、ＭＲセンサ！ｌは、回路基板１３の下
面に設けられており、縦方向のセンタに対して１．５ｍ
ｍ、また横方向のセンタに対して０．３ ｍｍずれた位
置に設置されている。
また、ＭＲセンサ１１の外形寸法は、４．０ ｍｍＸ３
．５ｍｍ（縦×横）である。ＭＲセンサ１１は、直列接
続された２つのＭＲ素子１．１から構成されており、各
々、そのセンタが直交するように配置されている。各Ｍ
Ｒ素子１は、前述したロータ１６に嵌合された永久磁石
１７の磁界のベクトルに応じて電気抵抗が変化する。ま
た、ＭＲ素子１．１の接続点は、中点電極Ｂに接続され
ており、各ＭＲ素子ｌの開放端は、それぞれ電極Ａ。
．５ｍｍ（縦×横）である。ＭＲセンサ１１は、直列接
続された２つのＭＲ素子１．１から構成されており、各
々、そのセンタが直交するように配置されている。各Ｍ
Ｒ素子１は、前述したロータ１６に嵌合された永久磁石
１７の磁界のベクトルに応じて電気抵抗が変化する。ま
た、ＭＲ素子１．１の接続点は、中点電極Ｂに接続され
ており、各ＭＲ素子ｌの開放端は、それぞれ電極Ａ。
Ｃに接続されている。この電極ＡまたはＣには、直流電
圧ｖｃｃ（−５ｖ）が印加されるようになっており、磁
気抵抗の変化に応じた出力電圧Ｖ。ＵＴが電極Ｂから取
り出される。
圧ｖｃｃ（−５ｖ）が印加されるようになっており、磁
気抵抗の変化に応じた出力電圧Ｖ。ＵＴが電極Ｂから取
り出される。
上述した構成において、ロータＩ６が回転すると、ＭＲ
センサＩＩは、第３図に示すような波形の出力電圧Ｖ。
センサＩＩは、第３図に示すような波形の出力電圧Ｖ。
Ｕ７を出力する。この例の場合、永久磁石１７の形状お
よび配置の最適化により、回転角の３００°の範囲にか
けて、３．０％以上の直線性を有する出力電圧Ｖ。ＬＩ
Ｔが得られた。また、出力電圧Ｖ。Ｕアのピーク間電圧
Ｖ ｐ−ｐは、アンプＩ２のゲインにより入力端子ＶＣ
Ｃの５Ｖに対して３゜５■であった（出力分圧比７０％
）。
よび配置の最適化により、回転角の３００°の範囲にか
けて、３．０％以上の直線性を有する出力電圧Ｖ。ＬＩ
Ｔが得られた。また、出力電圧Ｖ。Ｕアのピーク間電圧
Ｖ ｐ−ｐは、アンプＩ２のゲインにより入力端子ＶＣ
Ｃの５Ｖに対して３゜５■であった（出力分圧比７０％
）。
次に、第２の実施例について、第４図（ａ）。
（ｂ）を参照して説明する。第４図（ａ）はこの実施例
によるロータＩ６の斜視図、第４図（ｂ）は同実施例に
よるロータ■６の上面図である。なお、回路基板１３は
第１の実施例と同様のものである。この実施例の特徴は
、ロータ１６に嵌合する永久磁石１７を長さ５ ｍ ｍ
、−辺の長さ１．５ｍｍの正三角柱にしたことにある
。
によるロータＩ６の斜視図、第４図（ｂ）は同実施例に
よるロータ■６の上面図である。なお、回路基板１３は
第１の実施例と同様のものである。この実施例の特徴は
、ロータ１６に嵌合する永久磁石１７を長さ５ ｍ ｍ
、−辺の長さ１．５ｍｍの正三角柱にしたことにある
。
上述した構成において、ロータＩ６が回転すると、ＭＲ
センサ１１は、第５図に示すような波形の出力電圧Ｖ。
センサ１１は、第５図に示すような波形の出力電圧Ｖ。
ＵＴを出力する。この例の場合、上述した第１の実施例
と同様に、永久磁石１７の形状および配置を図示のよう
にしたことにより、回転角の３５０°の範囲にかけて、
３，０％以上の直線性を有する出力電圧Ｖ。ＵＴが得ら
れた。また、出力電圧Ｖ ０ＩＪＴのピーク間電圧Ｖ
ｐ−ｐは、３．４ｖであった（出力分圧比６８％）。
と同様に、永久磁石１７の形状および配置を図示のよう
にしたことにより、回転角の３５０°の範囲にかけて、
３，０％以上の直線性を有する出力電圧Ｖ。ＵＴが得ら
れた。また、出力電圧Ｖ ０ＩＪＴのピーク間電圧Ｖ
ｐ−ｐは、３．４ｖであった（出力分圧比６８％）。
次に、第３の実施例について、第６図（ａ）。
（ｂ）を参照して説明する。第６図（ａ）はこの実施例
によるロータ１６の斜視図、第６図（ｂ）は同実施例に
よるロータ１６の上面図である。なお、回路基板１３は
第１の実施例と同様のものである。この実施例の特徴は
、長さ４ ｍ ｍ ｓ直径２ｍｍφの円柱状の永久磁石
１７を一端の端面から１ｍｍの所をロータ１６の中心軸
に一致するよう横臥した状態で設置したことにある。
によるロータ１６の斜視図、第６図（ｂ）は同実施例に
よるロータ１６の上面図である。なお、回路基板１３は
第１の実施例と同様のものである。この実施例の特徴は
、長さ４ ｍ ｍ ｓ直径２ｍｍφの円柱状の永久磁石
１７を一端の端面から１ｍｍの所をロータ１６の中心軸
に一致するよう横臥した状態で設置したことにある。
上述した構成において、ロータ１６が回転すると、ＭＲ
センサ１１は、第７図に示すような波形の出力電圧Ｖ。
センサ１１は、第７図に示すような波形の出力電圧Ｖ。
ＵＴを出力する。この例の場合、永久磁石１７の形状お
よび配置を図示のようにしたことにより、回転角の２０
０°の範囲にかけて、３．０％以上の直線性を有する出
力電圧■。Ｕアが得られた。 また、出力電圧■。ＵＴ
のピーク間出力電圧Ｖｐ−ｐは、３，２Ｖであった（出
力分圧比６４％）。
よび配置を図示のようにしたことにより、回転角の２０
０°の範囲にかけて、３．０％以上の直線性を有する出
力電圧■。Ｕアが得られた。 また、出力電圧■。ＵＴ
のピーク間出力電圧Ｖｐ−ｐは、３，２Ｖであった（出
力分圧比６４％）。
なお、上述した実施例における磁気検出素子には、ＭＲ
素子３だけとは限らず、ホール素子などでもよい。
素子３だけとは限らず、ホール素子などでもよい。
「発明の効果」
以上説明したように、この発明によれば永久磁石と磁気
検出素子とを無接触としたことにより、高寿命化、低ト
ルク化が実現できる。また、２個以上の回転角度の検出
素子を同一基板上または別基板上に設けるとともに、内
部にアンプを設けることにより出力分圧比の下限を５０
％以上にすることができる。また、永久磁石の形状およ
び配置の最適化を計ることによって、回転角の広範囲に
おいて、優れた直線性の出力電圧が得られ、かつ、小型
化することができる利点が得られる。
検出素子とを無接触としたことにより、高寿命化、低ト
ルク化が実現できる。また、２個以上の回転角度の検出
素子を同一基板上または別基板上に設けるとともに、内
部にアンプを設けることにより出力分圧比の下限を５０
％以上にすることができる。また、永久磁石の形状およ
び配置の最適化を計ることによって、回転角の広範囲に
おいて、優れた直線性の出力電圧が得られ、かつ、小型
化することができる利点が得られる。
第１図（ａ）、（ｂ）は、各々、この発明の第１の実施
例の構造を示す断面図およびその内部構造を示す斜視図
、第２図は同実施例のＭｌ”ｔセンサの配置およびＭＲ
素子の配置を示す配置図、第３図は同実施例によるＭＲ
センサの出力電圧の波形図、第４図（ａ）、（ｂ）は、
各々、第２の実施Ｐ）におけるロータの構造を示す斜視
図およびその上面図、第５図は同実施例によるＭＲセン
サの出力電圧の波形図、第６図（ａ）、（ｂ）は、各々
、第３の実施例によるロータの構造を示す斜視図および
その上面図、第７図は同実施例によるＭＲセンナの出力
電圧の波形図、第８図は従来の角度センサの構造を示す
概念図である。 １１・・・・・・ＭＲ素子（磁気抵抗素子）、１２・・
・・・・アンプ（増幅器） ３・・・・・ 回路基板、 ７・・・・・・ 永久磁石。
例の構造を示す断面図およびその内部構造を示す斜視図
、第２図は同実施例のＭｌ”ｔセンサの配置およびＭＲ
素子の配置を示す配置図、第３図は同実施例によるＭＲ
センサの出力電圧の波形図、第４図（ａ）、（ｂ）は、
各々、第２の実施Ｐ）におけるロータの構造を示す斜視
図およびその上面図、第５図は同実施例によるＭＲセン
サの出力電圧の波形図、第６図（ａ）、（ｂ）は、各々
、第３の実施例によるロータの構造を示す斜視図および
その上面図、第７図は同実施例によるＭＲセンナの出力
電圧の波形図、第８図は従来の角度センサの構造を示す
概念図である。 １１・・・・・・ＭＲ素子（磁気抵抗素子）、１２・・
・・・・アンプ（増幅器） ３・・・・・ 回路基板、 ７・・・・・・ 永久磁石。
Claims (3)
- （１）２極着磁した永久磁石と、該永久磁石の磁気変化
を検出するホール素子または磁気抵抗素子のいずれかか
らなる磁気検出素子とを具備することを特徴とする角度
センサ。 - （２）前記磁気検出素子は、同一基板上または別基板上
に２つ以上配置され、かつ、各々が出力する検出信号を
該磁気検出素子上または増幅器上で合成することを特徴
とする請求項１記載の角度センサ。 - （３）前記永久磁石は、所望する出力電圧の直線性、有
効角度に応じて、最適化を施した形状および配置にする
ことを特徴とする請求項１記載の角度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30528389A JPH03165214A (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30528389A JPH03165214A (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 角度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03165214A true JPH03165214A (ja) | 1991-07-17 |
Family
ID=17943234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30528389A Pending JPH03165214A (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 角度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03165214A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010038765A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Tokai Rika Co Ltd | 回転検出装置 |
| JP2014055966A (ja) * | 2009-02-17 | 2014-03-27 | Cts Corp | 回転式位置センサー |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5847710B2 (ja) * | 1976-12-28 | 1983-10-24 | 横河電機株式会社 | 設定情報の表示方法 |
| JPS5961702A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-09 | Sony Corp | 位置検出装置 |
-
1989
- 1989-11-24 JP JP30528389A patent/JPH03165214A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5847710B2 (ja) * | 1976-12-28 | 1983-10-24 | 横河電機株式会社 | 設定情報の表示方法 |
| JPS5961702A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-09 | Sony Corp | 位置検出装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010038765A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Tokai Rika Co Ltd | 回転検出装置 |
| JP2014055966A (ja) * | 2009-02-17 | 2014-03-27 | Cts Corp | 回転式位置センサー |
| US9297637B2 (en) | 2009-02-17 | 2016-03-29 | Cts Corporation | Rotary position sensor |
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