JPH0333085Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は磁気抵抗素子を用いた無接触360度ポ
テンシヨメータに関する。

〔従来の技術〕

この種磁気抵抗素子を用いた360度ポテンシヨ
メータは、実開昭61−195407号（実願昭60−
79989号）「非接触全周形ポテンシヨメータ」で提
案されている。この提案は、第８図に示すよう
に、入力軸１０１の周囲に磁石１０２に対向する
ヨークまたは磁石によつて形成した凸条１０３を
周設し、この凸条の設置位置は、入力軸１０１の
回転角に比例して軸方向に移動し、且つ入力軸１
０１が１回転する間にその軸方向に１往復するよ
うにヘリカル曲線状に形成し、凸条１０３に対向
する位置に、直接移動量検出用の２個の磁気抵抗
素子センサ１０４，１０４を入力軸１０１のまわ
りに90度位相をずらして設置する。更に、第９図
に示すように、上記２個の磁気抵抗素子センサ１
０４，１０４出力の有効直線部分１０４ａ，１０
４ｂが入力軸１０１の角度領域，，，の
何れにあるかを論理的に判断し、且つその領域内
に有効直線部分をもつセンサ出力から回転角度を
求める領域判別回路を備えて構成している。な
お、第８図において、１０５は磁石１０２を収設
し、入力軸１０１を回転可能に支持するケース、
１０６は入力軸１０１に設けられて凸条１０３を
周設している円筒部である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記従来方式には下記の解決すべき
問題点がある。

(1) 回転軸１０１に対しヘリカル状に設けた凸条
１０３は立体構造であるので、製作時には旋盤
加工、カツター等を用いねばならぬ。このため
に、加工が面倒であつて量産性にに欠ける。

(2) ２つの磁気抵抗素子センサは90度の位相差を
有することによつて、ポテンシヨメータの入力
軸の回転角と磁気抵抗素子の出力特性が、第９
図に示すように、第１、第２の磁気抵抗素子セ
ンサの直線部分が上記入力軸の回転角度の同一
象限で重複している。従つて、出力の領域判別
には、４つの象限，，，について領域
判別を行う必要があるので、たとえば２つの象
限だけについて領域を判別する場合に比べて領
域判別の回路部品が多くなる。

(3) ２つの磁気抵抗素子センサが90度の位相差を
有するので、ポテンシヨメータの回転軸の回転
角度と磁気抵抗素子の出力電圧特性では、第９
図に示すように、１つの磁気抵抗素子センサの
山形状の出力が２つの象限が分けられている。
従つて、磁気抵抗素子センサの出力を温度補償
する場合には、２つの象限の温度特性は全く同
一でないため、効果的な温度補正が難しい。

本考案は上記問題点を解決し、量産に適し、使
用部品点数が少なく、しかも温度補償を精度よく
実施できる無接触360度ポテンシヨメータを提供
することを課題とする。

〔問題を解決するための手段〕

本考案は上記問題点解決のためになされもの
で、入力軸にスパイラル形の板状ヨークまたはス
パイラル形の板状磁石を取り付け、該ヨークまた
は磁石に対向して永久磁石の一方の磁極面または
ヨーク面上に固定された磁気抵抗素子センサの２
個を180度の位相差を有して設けて構成する。

〔作用〕

本考案は上記構成によつて、２個の磁気抵抗素
子センサを180度位相をずらして配置したので、
入力軸の回転角度と２つの磁気抵抗素子センサの
出力特性は、例えば０〜180度の入力軸の角度範
囲に１つの磁気抵抗素子センサの直線部分を生
じ、残りの１つの磁気抵抗素子センサの直線部分
が180〜360度の範囲に生じる。従つて、入力軸の
適宜の回転位置にあるときに、２つのセンサの出
力から、入力軸の存在する角度領域を論理的に判
断し、その領域内にある有効直線部分を有するセ
ンサ出力から回転角度を求めるとができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。第１図、第２図は本考案の第１実施例の入力
軸の回動変位量を測定する構成図である。同図に
示すように、入力軸１は軸受２を介して図示しな
いケースに支持される。入力軸１には平円板状の
ヨーク台３を取り付け、このヨーク台の上面にス
パイラル形の板状ヨーク４を固着する。このヨー
ク４に対して一定の間隙を保持して永久磁石５ａ
の一方側の磁極面に取り付けた素子台６ａに磁気
抵抗素子センサ７ａを固定する。８ａ，９ａ，１
０ａはセンサ７ａの端子で、９ａは可変出力端子
である。永久磁石５ａに対して180度の位相差を
有して永久磁石５ｂを配置し、永久磁石５ｂには
素子台６ｂを介して磁気抵抗素子センサ７ｂを固
定する。８ｂ，９ｂ，１０ｂはセンサ７ｂの端子
で、９ｂは可変出力端子である。実施例の板状ヨ
ーク４と磁気抵抗素子センサ７ａ，７ｂの形状及
び相対位置関係は、これを回転軸の方向に見る
（第２図）において、 １ 磁気抵抗素子センサ７ａ，７ｂは、 入力軸を中心とする、ケースに固定した極座
標の、270度及び90度の位置に（位相差角180度
となるように） 各象限が中心を通る直線上に並ぶように、 可変出力端子９ａおよび９ｂが中間から等し
い距離になるように 配置する。

２ スパイラル形板状ヨーク４は、次のような形
状 ヨークの幅が磁気抵抗素子センサの象限の長
さにほぼ等しい。

ヨークの最大外径の位置Ｐではヨークが、磁
気抵抗素子センサの入力軸から遠い方の象限
（８ａ−９ａ間または８ｂ−９ｂ間）をほぼ覆
う。

ヨークの最小外径の位置Ｑではヨークが、磁
気抵抗素子センサの入力軸に近い方の象限（９
ａ−１０ａ間または９ｂ−１０ｂ間）をほぼ覆
う。

最大外径と最小外径との間では、中心からヨ
ークまでの距離が０度から360度の回転角に対
して直線的に変化するように製作される。

ヨークの円周の１箇所には外径が最小から最
大に急変する段差部がある。

３ 入力軸の回転角と磁気抵抗素子センサの出力
との関係 ヨークの段差部が極座標の角度０度に一致し
ている位置を、入力軸回転角度の０度として、
軸が反時計回りに回転すると、スパイラル形板
状ヨーク４は中心から遠い方の象限から中心に
近い方の象限へと移動する。磁気抵抗効果によ
つて８ａ−９ａ間または８ｂ−９ｂ間の象限の
抵抗は減少し、９ａ−１０ａ間または９ｂ−１
０ｂ間の象限の抵抗は増加するから、分圧によ
つて発生する端子９ａ−１０ａ間または９ｂ−
１０ｂ間の出力信号電圧は増加する。

ヨークの段差部が磁気抵抗素子に対向する前
後の角度範囲では上記の回転角と出力信号電圧
との直線関係が失われるので、この範囲を除い
て考えると、磁気抵抗素子センサ７ａにおいて
は入力軸回転角の０度から180度の範囲で、磁
気抵抗素子センサ７ｂにおいては入力軸回転角
の180度から360度の範囲で、それぞれ入力回転
角に対して直線的な出力信号電圧が得られる。
この関係をグラフで図示すると第４図のように
なる。

第３図は本実施例における磁気抵抗素子センサ
７ａ，７ｂの入力軸１が適宜回転位置にあるとき
の回転角度を求める領域判別回路の構成図であ
る。この領域判別回路では、磁気抵抗素子センサ
７ａ，７ｂの各出力端は、夫々同相差動増幅器１
１，１２を介し、さらに判別ロジツク１３によつ
て開閉が制御される常開接点１４，１５を介して
バツフア増幅器１６に接続される。この増幅器１
６の出力には出力端子が接続される。同相差動増
幅器１１の出力端は比較器１８を介して判別ロジ
ツク１３に接続される。また同相差動増幅器１２
の出力端は反転差動増幅器１９を介して、同相差
動増幅器１１の出力電圧値と比較される比較器２
０に接続される。この比較器２０の出力は判別ロ
ジツク１３に加えられる。

上記構成によつて、本実施例のポテンシヨメー
タでは、磁気抵抗素子センサ７ａ，７ｂに対して
平行してヨーク４が第２図に示す時計方向または
反時計方向の矢印２１の方向に渦巻き状に回動す
る。従つて、入力軸１の０〜180度および180〜
360度にわたる回動に対して、第４図に示すよう
に、磁気抵抗素子センサ７ａおよび７ｂは夫々直
線的に変化する電圧を出力する。

また、領域判別回路は次のように作動する。磁
気抵抗素子センサ７ａおよび７ｂの出力電圧と入
力軸の回転角度特性は夫々第４図の直線Ａ、およ
びＢとなる。また第３図に示した同相差動増幅器
１１の出力特性は入力軸１の回動に対して第５図
に示す曲線abcdefとなり、同相差動増幅器１２
は作動基準電圧値の調整によつて、その出力特性
が第５図に示す曲線ghijkとなる。

従つて、判別ロジツク１３がポテンシヨメータ
の入力軸１の位置が０〜180度領域内であると判
別したときは、常開接点１４を閉成し、180〜360
度領域内であると判断したときは、常開接点１５
を閉成して、夫々同相差動増幅器１１の出力電圧
の直線部分cd、または同相差動増幅器１２の出
力電圧の直線部分diをバツフア増幅器１６を介し
て出力端子１７に送出する。

判別ロジツク１３の上記判断処理は下記の工程
を経て行われる。すなわち、反転差動増幅器１９
の出力特性は第６図の波形Bθで示され、同相差
動増幅器１１の出力特性は第６図の波形Aθで示
されるものであるから、比較器２０においては、
出力波形Bθと出力波形Aθの大小が比較される。
比較器１８においては、同相差動増幅器１１の出
力波形Aθの電圧とこの出力の中心電圧値ａとの
大小を比較する。このため、判別ロジツク１３で
は、第７図に示すようにAθ≧Bθであり、かつAθ
≧ａのときはポテンシヨメータの入力軸１の位置
は第６図に示すＢ領域にあると判断し、Aθ≧Bθ
であり、且つAθ＜ａのときはポテンシヨメータ
の入力軸１の位置は、第６図に示すＡ領域にある
と判断し、Aθ＜Bθであり、且つAθ≧ａのときは
第６図に示す領域A′であり、Aθ＜Bθであり、且
つAθ＜ａのときは第６図に示す領域B′であると
判断する。

上記第１実施例では、入力軸１にはスパイラル
形の板状ヨーク４を固定し、このヨークに一定の
間隙を有して磁気抵抗素子センサを一方の磁極面
に設けた永久磁石の２個を180度位相をもたせて
固定したが、第２実施例としては、入力軸１にス
パイラル形の板状磁石を取り付け、この板状磁石
に一定の間隙を保持して磁気抵抗素子センサを設
けたヨークの２個を固定させて構成してもよく、
この場合は第１実施例と同様な作用をする。

〔考案の効果〕 本考案は入力軸にスパイラル形の板状ヨークま
たは板状磁石を取り付け、この板状ヨークまたは
板状磁石に対向して永久磁石の磁極面上またはヨ
ーク面上に固定された磁気抵抗素子センサを固定
するもので、広角度検出をヨーク方式で行う本案
の最も寸法的に大切な構成部分であるスパイラル
形の板状ヨークまたは板状磁石はプレス、エツチ
ング、レーザー加工等で製作できるので、加工性
がよく、量産に適する。

また、磁気抵抗素子センサの２個を180度の位
相差を有して配設するので、第１、第２の磁気抵
抗素子センサの直線部分が第４図に示すように、
ポテンシヨメータの入力軸の回転角度の同一象限
で重複しない。従つて、上記第１、第２のセンサ
出力の領域判別が２領域だけでよいので、その使
用部品点数が少なくてすみ、従来方式よりも構造
が簡単となる。

さらに、本考案は第１、第２の磁気抵抗素子セ
ンサの直線部分が、第４図に示すように０〜180
度と180〜360度の２つの領域内であり、夫々領域
には夫々単独の素子センサが専用であるので、磁
気抵抗素子センサ出力の温度補償を精度よく実施
できるという実用上重要な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし、第６図は本考案の実施例の説明
用図であつて、第１図は第１実施例の構成を示す
主要部の縦断面、第２図は磁気抵抗素子センサと
ヨークとの対向位置関係を示す図、第３図は第１
実施例の構成を示すブロツク図、第４図は入力軸
の回転角度と磁気抵抗素子センサと出力との特性
図、第５図は入力軸の回転角度と第１、第２磁気
抵抗素子センサの合成出力との特性図、第６図は
入力軸の回転角度に対する第１、第２磁気抵抗素
子センサ特性の相互間の関係を示す図、第７図は
領域判別アルゴリズムを示す図、第８図は従来方
式の構成を示す主要部の縦断面図、第９図は従来
方式における入力軸の回転角度と第１、第２磁気
抵抗素子センサの出力特性図である。 １……入力軸、４……ヨーク、５ａ，５ｂ……
永久磁石、６ａ，６ｂ……素子台、７ａ，７ｂ…
…磁気抵抗素子センサ、１１，１２……同相差動
増幅器、１３……判別ブロツク、１４，１５……
常開接点、１６……バツフア増幅器、１８，１９
……比較器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 入力軸に、この入力軸の１回転の間に回転角に
   比例して中心からの距離が一方向に変化するよう
   に、スパイラル形の板状ヨークまたはスパイラル
   形の板状磁石を取り付け、該板状ヨークまたは板
   状磁石に対向して永久磁石の一方の磁極面または
   ヨーク面上に固定された磁気抵抗素子センサの２
   個を上記入力軸のまわりに180度の位相差を有し
   て設けたことを特徴とする無接触360度ポテンシ
   ヨメータ。