JPH03218471A - 角加速度センサ - Google Patents

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。

Description

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

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

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

本発明は、構造簡単で製作容易な角加速度センサを提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の角加速度センサは、上記目的を達成するため、
回転または揺動運動する運動体に固定される枠体と、該
枠体に回転自在に装備された質量体と、この質量体を枠
体に対する基準回転位置に付勢する手段と、上記質電体
に設けられた磁石と、上記枠体に設けられ磁石の位置変
化を電気信号に変換する磁電変換素子と、を備えたこと
を特徴としている。

１作用］ 本発明のセンサで回転または揺動する運動体の角加速度
を検出する場合、質量体の回転軸線と運動体の回転（揺
動）軸線とを一致させるようにして、運動体に対し枠体
を固定する。この状態で運動体が回転（揺動）すると、
本発明のセンサ全体が一緒に回転（揺動）する。回転（
揺動）している際、質量体には運動体の角加速度に応じ
た慣性モーメントが働く。そして、その慣性モーメント
と、質量体を基準位置に付勢する力とのバランスにより
、質量体の枠体に対する位置が決まる。

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

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

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

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

一方、枠体１の内周面には、周方向に１８０°離間して
１対のステータ５、５が設けられている。

各ステータ５、５は枠体ｌの半径方向に磁化された磁石
で構成されており、それぞれＮ極を内方に向けて取り付
けられている。そして、これにより質量体２のリング状
磁石４の各Ｓ極が吸引され、質量体２が枠体１の所定回
転位置（一基準位置）に対して所定の力で付勢されてい
る。

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

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

この場合、リング状磁石４による磁束密度分布は、第３
図に示すようになる。すなわち、（ａ）に示すリング状
磁石４を（ｂ）のように展開すると、（ｃ）のようにＳ
ｉｎカーブ状の磁束密度分布を生じる。そこで、回転方
向の位置（角度θ）と磁束密度分布とが直線的な関係を
もつ範囲を利用範囲ｌ１として、この範囲にホール素子
６が常に位置するように、ホール素子６の位置を決めて
いる。

そうすることで、リング状磁石４が変位した際の、ホー
ル素子６の出力が第４図に示すように直線状となり、こ
の出力から容易にリング状磁石４の回転変位量つまり質
量体２の回転変位量を知ることができるようになる。な
お、実際には、Ｎ極とＳ極の境界付近の磁束密度分布は
不安定になり易いため、本実施例では、第１図に示すよ
うに、両極の境界よりα゜（ζ３６０゜÷磁極数÷４）
だけＮ極寄りにホール素子６を配置している。

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

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

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

また、上記実施例においては、ステータ５を磁石で構成
したが、単なる磁性体で構成してもよい。

また、上記実施例においては、リング状磁石４に対向さ
せてステータ５を配置し、ステータ５とリング状磁石４
との間に発生する磁気吸引力により質量体２を基準位置
に付勢するようにしているが、付勢手段としてバネを用
いることも可能である。

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

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

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の角加速度センサは、磁石
と磁電変換素子を用いて質量体の変位量を検出するので
、歪ゲージ式の測定機構が不要であり、構造が簡単であ
る。したがって、製作が容易で低コスト化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例の説明図で、第１図は実施例の
センサの平断面図、第２図は第１図の■一■矢視断面図
、第３図はリング状磁石の外周近傍における磁束密度の
分布を磁石を展開した状態で示す図、第４図は角加速度
とホール素子の出力の関係を示す図、第５図は本発明の
他の実施例の平断面図である。 Ｍ・・・・・回転体（運動体）、Ｌ・・・・・・回転軸
線、１・・・・・枠体、２・・・・’Ｉｆｌｌｔ体、４
・・・・・・リング状磁石、５・・・・・・ステータ、
６・・・・・・ホール素子（磁電変換素子）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 運動体に固定される枠体と、該枠体に回転自在に装備さ
   れた質量体と、この質量体を枠体に対する基準回転位置
   に付勢する手段と、上記質量体に設けられた磁石と、上
   記枠体に設けられ磁石の位置変化を電気信号に変換する
   磁電変換素子と、を備えたことを特徴とする角加速度セ
   ンサ。