JPH0349043B2 - - Google Patents

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JPH0349043B2
JPH0349043B2 JP15384383A JP15384383A JPH0349043B2 JP H0349043 B2 JPH0349043 B2 JP H0349043B2 JP 15384383 A JP15384383 A JP 15384383A JP 15384383 A JP15384383 A JP 15384383A JP H0349043 B2 JPH0349043 B2 JP H0349043B2
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JP
Japan
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counter
circuit
output
hall elements
integrates
Prior art date
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Application number
JP15384383A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS6044802A (en
Inventor
Toshitsugu Ueda
Tadashi Nishihara
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は角度変換器に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an angle converter.

更に詳述すれば、角度変位をホールエレメント
を利用して電気信号として出力する角度変換器に
関するものである。
More specifically, the present invention relates to an angle converter that outputs angular displacement as an electrical signal using a Hall element.

第1図は従来より一般に使用されているホール
エレメントを利用した角度変換器の原理説明図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of an angle converter using a Hall element that has been commonly used in the past.

図において1はS極、N極を有する永久磁石よ
りなる磁気回路である。2は磁気回路1の磁界内
に配置されたホールエレメントで、紙面に垂直な
軸0を中心に、入力角θに応じて回転する。
In the figure, reference numeral 1 denotes a magnetic circuit consisting of a permanent magnet having an S pole and an N pole. Reference numeral 2 denotes a Hall element placed within the magnetic field of the magnetic circuit 1, which rotates around an axis 0 perpendicular to the plane of the paper in accordance with the input angle θ.

以上の構成において、入力角θに応じて、ホー
ルエレメント2がθ角度回転すると、ホールエレ
メント2に生ずる電圧V〓は V〓=KBIsinθ (1) ここで K:ホール素子の積感度(入力電流1mA、
磁束密度1Kgあたりの出力電圧mA) B:磁束密度 I:ホール駆動電流 θ:入力角度 となる。
In the above configuration, when the Hall element 2 rotates by θ angle according to the input angle θ, the voltage V〓 generated in the Hall element 2 is V〓=KBIsinθ (1) where K: Product sensitivity of the Hall element (input current 1mA ,
Output voltage (mA per 1 kg of magnetic flux density) B: Magnetic flux density I: Hall drive current θ: Input angle.

この結果、出力電圧V〓は、入力角度θの正弦
に比例する。
As a result, the output voltage V〓 is proportional to the sine of the input angle θ.

しかしながら一般には、入力角度θに比例した
出力が必要とされるので、出力をリニアライズす
るか、微小角度を測定可能範囲としなければなら
ない。
However, since an output proportional to the input angle θ is generally required, the output must be linearized or a small angle must be made measurable.

この場合、必然的に、直線性特性等に悪影響が
生じ、良好な特性が得られない問題点を有する。
In this case, there is inevitably a problem that the linearity characteristics etc. are adversely affected and good characteristics cannot be obtained.

本発明は、この問題点を解決するものである。 The present invention solves this problem.

本発明の目的は、直線性特性が良好であり、入
力角度が0〜∞度と広い測定可能範囲が得られ、
零位置を任意に選べる角度変換器を提供するにあ
る。
The purpose of the present invention is to have good linearity characteristics, obtain a wide measurable range of input angle from 0 to ∞ degrees,
An object of the present invention is to provide an angle converter whose zero position can be arbitrarily selected.

この目的を達成するために、回転変位が加えら
れる入力軸を中心にして互いに直交して配置され
た二個のホールエレメントと、該ホールエレメン
トに共通の磁束密度が加えられ入力回転角に対応
して前記入力軸を中心に磁束の方向が該ホールエ
レメントに対して相対的に回転するように構成さ
れた磁気回路と、前記ホールエレメントに互いに
90度の位相差を有する交流電圧を前記それぞれの
ホールエレメントに加える。交流電源回路と、前
記二個のホールエレメントの出力電圧を加算する
第1加算回路と、該第1加算回路の出力周波数を
積算する第1カウンターと、前記交流電源回路の
出力周波数を積算する第2カウンターと、該第2
カウンターと前記第1カウンターとの積算値の差
を演算する第2加算回路と、該第2加算回路の出
力を積算する積算器とを具備してなる角度変換器
を構成したものである。
To achieve this purpose, two Hall elements are arranged orthogonally to each other around the input axis to which the rotational displacement is applied, and a common magnetic flux density is applied to the Hall elements to correspond to the input rotation angle. a magnetic circuit configured such that the direction of magnetic flux rotates relative to the Hall element around the input shaft;
An alternating current voltage having a phase difference of 90 degrees is applied to each of the Hall elements. an AC power supply circuit; a first addition circuit that adds the output voltages of the two Hall elements; a first counter that integrates the output frequencies of the first addition circuit; and a first counter that adds up the output frequencies of the AC power supply circuit. 2 counters and the second counter.
The angle converter includes a second addition circuit that calculates the difference between the integrated values of a counter and the first counter, and an integrator that integrates the output of the second addition circuit.

以下、実施例について説明する。 Examples will be described below.

第2図は、本発明の一実施例の構成説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of an embodiment of the present invention.

図において、1aは磁気回路で、永久磁石11
,12aとヨーク13aよりなる。永久磁石11
,12aはコの字状のヨーク13aの両端に取付
けられ、永久磁石11aと12a間に磁界が生ずる
ように配置されている。3,4はホールエレメン
トで、永久磁石11aと12aとの間に配置され、
軸0を中心にして互いに直交して配置され、軸0
には入力回転変位θが入力される。而して、ホー
ルエレメント3,4には、ほぼ等しい磁束密度B
が加わる。第3図に、第2図の電気回路のブロツ
ク図を示す。5はホールエレメント3,4を交流
駆動する交流電源回路で、ホールエレメント3を
駆動すると共に、ホールエレメント4に位相器6
を介して、90度位相のずれた交流電圧を加える。
7はホールエレメント3,4の出力を加算する第
1加算回路で、この場合は、両出力の差が演算さ
れる。8は第1加算回路7の出力周波数を積算す
る第1カウンターである。9は交流電源回路5の
出力周波数を積算する第2カウンターである。1
0は第1カウンター8と第2カウンター9との積
算値の差を演算する第2加算回路である。11は
第2加算回路の出力を積算する積算器である。1
2は積算器11の出力を演算表示する演算表示器
である。13は第1カウンター8、第2カウンタ
ー9、第2加算回路10、積算器11に接続され
たタイミング発生器である。
In the figure, 1 a is a magnetic circuit, and permanent magnet 11
a , 12a and a yoke 13a . Permanent magnet 11
a and 12a are attached to both ends of a U-shaped yoke 13a , and are arranged so that a magnetic field is generated between the permanent magnets 11a and 12a . 3 and 4 are Hall elements arranged between permanent magnets 11 a and 12 a ,
They are arranged perpendicularly to each other around axis 0, and
The input rotational displacement θ is input to . Therefore, the Hall elements 3 and 4 have approximately the same magnetic flux density B.
is added. FIG. 3 shows a block diagram of the electrical circuit of FIG. Reference numeral 5 designates an AC power supply circuit that drives the Hall elements 3 and 4 with alternating current.
Apply 90 degree out-of-phase alternating current voltages through the
A first adding circuit 7 adds the outputs of the Hall elements 3 and 4, and in this case, the difference between the two outputs is calculated. 8 is a first counter that integrates the output frequency of the first adder circuit 7. Reference numeral 9 denotes a second counter that integrates the output frequency of the AC power supply circuit 5. 1
0 is a second addition circuit that calculates the difference between the integrated values of the first counter 8 and the second counter 9. Reference numeral 11 denotes an integrator that integrates the output of the second adder circuit. 1
Reference numeral 2 denotes a calculation display that calculates and displays the output of the integrator 11. 13 is a timing generator connected to the first counter 8, the second counter 9, the second addition circuit 10, and the integrator 11.

以上の構成において交流電源回路5からホール
エレメント3にV1=Vsinωtの電圧を加え、
Ilsinωtの電流を流す。ホールエレメント4には
移相器6を通した電圧V11=Vcosωtを加えて
I2cosωtの電流を流す。入力軸0への入力角θが
θ=0のとき、第4図に示す如く、ホールエレメ
ント3が磁束を直角に受けるものとすれば、ホー
ルエレメント4は平行な磁束を受ける。入力角0
に入力角θが与えられると、ホールエレメント
3,4に加わる磁束密度は、磁気回路中央付近の
磁束密度をBとすれば、それぞれBcosθ,Bsinθ
となる。ホールエレメント3,4の積感度をK1
K2とすれば、ホールエレメント3,4の出力電
圧V2,V3は V2=K1I1Bsinωt・cosθ=K1I1B{1/2sin
(ωt+θ)+1/2sin(ωt+θ)}(2) V3=K2I2Bcosωt・sinθ=K2I2B{1/2sin
(ωt+θ)−1/2sin(ωt−θ)}(3) となる。加算回路7により、出力V2とV3の差を
取ると、K1I1B=K2I2Bとすると、両出力の差V4
は V4=K1I1Bsin(ωt−θ) (4) となる。V4とV1電圧の波形を第5図に示す。
In the above configuration, a voltage of V 1 =Vsinωt is applied from the AC power supply circuit 5 to the Hall element 3,
A current of Ilsinωt flows. A voltage V 11 =Vcosωt is applied to the Hall element 4 through the phase shifter 6.
A current of I 2 cosωt flows. When the input angle θ to the input shaft 0 is θ=0, as shown in FIG. 4, if the Hall element 3 receives the magnetic flux at right angles, the Hall element 4 receives the magnetic flux in parallel. Input angle 0
When an input angle θ is given to
becomes. The product sensitivity of Hall elements 3 and 4 is K 1 ,
If K 2 , the output voltages V 2 and V 3 of Hall elements 3 and 4 are V 2 =K 1 I 1 Bsinωt・cosθ=K 1 I 1 B{1/2sin
(ωt+θ)+1/2sin(ωt+θ)}(2) V 3 =K 2 I 2 Bcosωt・sinθ=K 2 I 2 B{1/2sin
(ωt+θ)−1/2sin(ωt−θ)}(3). If we take the difference between the outputs V 2 and V 3 using the adder circuit 7, then if K 1 I 1 B = K 2 I 2 B, then the difference between the two outputs V 4
becomes V 4 = K 1 I 1 Bsin (ωt−θ) (4). The waveforms of the V 4 and V 1 voltages are shown in FIG.

ここで、第1カウンター8、第2カウンター9
に入力する電圧V4,V1の周波数f4,f1は、 f4=(ω−dθ/dt)/2 (5) f1=ω/2π (6) となる。
Here, the first counter 8, the second counter 9
The frequencies f 4 , f 1 of the voltages V 4 , V 1 input to are as follows: f 4 =(ω−dθ/dt)/2 (5) f 1 =ω/2π (6).

ここで、f1,f4の差を積分すると、 ∫(f1−f2)dt=∫dθ/dtdt=∫dθ=θ (7) となる。 Here, when the difference between f 1 and f 4 is integrated, ∫(f 1 −f 2 )dt=∫dθ/dtdt=∫dθ=θ (7).

具体的には、出力周波数f1,f4は第1カウンタ
ー8、第2カウンター9で、タイミング発生器1
3からの信号により一定時間の間、積算され、第
6図に示す如く、その最終値A,A′を第2加算
回路10で演算する。この値を積算器11で積算
すると入力角度θに比例した値が得られる。
Specifically, the output frequencies f 1 and f 4 are output by the first counter 8, the second counter 9, and the timing generator 1.
3 for a certain period of time, and the final values A and A' are calculated in the second adder circuit 10, as shown in FIG. When this value is integrated by the integrator 11, a value proportional to the input angle θ is obtained.

この結果、回路構成がデジタル回路で構成でき
かつ、デジタル出力が直接得られるので、コンピ
ユーター等への接続が容易である。計測範囲は0
〜∞の角度まで計測することができる。インクリ
メンタル方式のためのリセツトが容易であり、零
位置を任意に選ぶことができる。
As a result, the circuit configuration can be made up of digital circuits and a digital output can be obtained directly, making it easy to connect to a computer or the like. The measurement range is 0
It can measure angles up to ~∞. Resetting for the incremental system is easy, and the zero position can be arbitrarily selected.

なお、演算表示器12は、なくてもよいことは
勿論である。
Note that, of course, the calculation display 12 may not be provided.

以上説明したように、本発明によれば、直線性
特性が良好で、入力角度が0〜∞と広い測定可能
範囲が得られ、零位置を任意に選べる角度変換器
を実現することができる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to realize an angle converter that has good linearity characteristics, can obtain a wide measurable range of input angles from 0 to ∞, and can arbitrarily select the zero position.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来より一般に使用されているホール
エレメントを利用した角度変換器の原理説明図、
第2図は本発明の一実施例の構成説明図、第3図
は第2図実施例の電気回路のブロツク図、第4図
〜第6図は第2図実施例の動作説明図である。 1a……磁気回路、11a,12a……永久磁石、
13a……ヨーク、3,4……ホールエレメント、
5……交流電源回路、6……位相器、7……第1
加算回路、8……第1カウンター、9……第2カ
ウンター、10……第2加算回路、11……積算
器、12……演算表示器、13……タイミング発
生器。
Figure 1 is a diagram explaining the principle of an angle converter using a Hall element that has been commonly used in the past.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram of the electric circuit of the embodiment of FIG. 2, and FIGS. 4 to 6 are diagrams of operation of the embodiment of FIG. 2. . 1 a ...Magnetic circuit, 11 a , 12 a ...Permanent magnet,
13 a ... Yoke, 3, 4... Hall element,
5... AC power supply circuit, 6... Phase shifter, 7... First
Addition circuit, 8...First counter, 9...Second counter, 10...Second addition circuit, 11...Integrator, 12...Arithmetic display, 13...Timing generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 回転変位が加えられる入力軸を中心にして互
いに直交して配置された二個のホールエレメント
と、該ホールエレメントに共通の磁束密度が加え
られ入力回転角に対応して前記入力軸を中心に磁
束の方向が該ホールエレメントに対して相対的に
回転するように構成された磁気回路と、前記ホー
ルエレメントに互いに90度の位相差を有する交流
電圧を前記それぞれのホールエレメントに加え
る。交流電源回路と、前記二個のホールエレメン
トの出力電圧を加算する第1加算回路と、該第1
加算回路の出力周波数を積算する第1カウンター
と、前記交流電源回路の出力周波数を積算する第
2カウンターと、該第2カウンターと前記第1カ
ウンターとの積算値の差を演算する第2加算回路
と、該第2加算回路の出力を積算する積算器とを
具備してなる角度変換器。
1. Two Hall elements arranged perpendicularly to each other around an input shaft to which rotational displacement is applied, and a common magnetic flux density is applied to the Hall elements, and A magnetic circuit configured such that the direction of magnetic flux rotates relative to the Hall element, and an AC voltage having a phase difference of 90 degrees between the Hall elements are applied to each Hall element. an AC power supply circuit; a first addition circuit for adding the output voltages of the two Hall elements;
A first counter that integrates the output frequency of the adder circuit, a second counter that integrates the output frequency of the AC power supply circuit, and a second adder circuit that calculates the difference between the integrated values of the second counter and the first counter. and an integrator that integrates the output of the second addition circuit.
JP15384383A 1983-08-23 1983-08-23 Angle converter Granted JPS6044802A (en)

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JP4607049B2 (en) * 2006-02-23 2011-01-05 株式会社デンソー Rotation angle detector

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