JPH0420812A - 回転角度検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、回転軸の回転角度を基準位置からの絶対角度
として検出する回転角度検出装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種の回転角度検出装置としては例えば第５図
及び第６図に示すようなものがある。

即ち、この第５図において、検出対象としての回転軸１
は、その一端側１ａがケース２により回転可能に枢支さ
れている。ケース２内において、磁界発生器３は、回転
軸１の端部に固定されて回転軸１と一体となって回転す
るようになっている。

この磁界発生器３は、コ字状をなす磁性体４と回転軸１
の回転中心線ｇを挟んで対向するようにして磁性体４に
固定された永久磁石５ａ、５ｂがらなり、これら永久磁
石５ａ、５ｂにより回転中心線ｇと直交する方向に磁界
を発生させ、ホール素子６に作用する。ホール素子６は
、ケース２の内部に固定されており、その検出面ｓＡ　
（第６図参照）は回転中心線ｐと平行をなすように配置
されている。

上記構成によれば、回転軸１が回転することに伴ってホ
ール素子６には回転中心線ｐの回りに回転する磁界が作
用することになる。このとき、ポ−ル素子６に実効的に
作用する磁界成分は、第６図に示すように、ホール素子
６の検出面ＳＡと直交する成分である。従って、回転角
度がゼロのときにホール素子６の検出面ＳＡを貫く磁束
をＢとすると、回転角度がθのときにはその直交する磁
束成分はＢ　ｃｏｓθとなる。そして、このときホール
素子６にバイアス電流工を与えているとすると、発生す
るホール電圧Ｖは次式のように表わされる。

Ｖ−ｋｌＢｃｏｓθ　　　　　　　　−（１）但し、ｋ
は比例定数 つまり、磁界発生器３の磁束Ｂ及びホール素子６に与え
るバイアス電流Ｉを一定にしておけば、回転角度θの変
化のみによってホール電圧Ｖか変化するので、回転軸１
の回転角度θが検出できるのである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来のものでは、ホール素
子６が温度変化等によりその特性が変動して比例定数ｋ
が変化すると、検出されるホール電圧Ｖも変動するため
、上記した式（１）に基づいて検出される回転角度θの
値に誤差が生ずる不具合かある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、温度変化がある場合でもホール素子の特性変動によ
る悪影響を受けることなく正確な回転角度の検出が行な
える回転角度検出装置を提供するにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の回転角度検出装置は、回転軸に固定されその回
転中心線に対して直交する磁界を発生する磁界発生器と
、検出面が前記回転軸の回転中心線と平行に位置すると
共に互いに直交するように配置され前記磁界発生器から
磁界の作用を受ける２つの磁気検出素子と、これらの磁
気検出素子に互いに位相が９０度ずれた所定周波数のバ
イアス信号を与えるバイアス発生器と、前記磁気検出素
子からの検出信号と前記バイアス発生器からのバイアス
信号との位相差に基づいて前記回転軸の回転角度を検出
する検出回路とを設けて構成したところに特徴を有する
。

（作用） 本発明の回転角度検出装置による回転角度検出の原理に
ついて第４図を参照して説明する。

第４図（ａ）は例えばホール素子を磁気検出素子とした
場合の原理説明図で、２つのホール素子ａ、ｂは検出面
か直交するように配置されると共に、バイアス信号は共
に回転軸の回転中心線ｇに沿った方向に与えられる。磁
界発生器による界磁方向は回転中心線ｇに垂直な面内で
回転軸の回転と共に一体となって変化する。

いま、バイアス発生器からホール素子ａに与えるバイア
ス電流１１を、所定周波数のバイアス信号として角周波
数ωの正弦波電流１１とし、ホール素子すには位相を９
０″ずらした正弦波電流■２とすると、夫々次式のよう
表わされる。

１　、−　Ｉ　ｏ　　５ｉｎ（１，１ｔ　　　　　　　
　　−（ａ）１２＝Ｉｏｓｉｎ（ωｔ＋９０°） −Ｉ　、　　ｃｏｓωｔ　　　　　　　　　＝−（ｂ）
一方、ホール素子ａの検出面ＳＡの垂線方向を基準とし
て回転軸の回転角度をθとすると、このときホール素子
ａ、ｂの各検出面ＳＡ、ＳＢに作用してホール電圧を発
生させる磁束は、夫々の検出面に直交する方向の成分と
なるから、回転角度θ−〇のときの検出面ＳＡに作用す
る磁束をＢとすると、回転角度θのときの有効磁束は夫
々　ｅｏｓθ。

ｓｉｎθを乗じた値となる。従って、各ホール素子ａ、
ｂに発生するホール電圧Ｖ、、Ｖ２は、次式％式％ 検出回路は、これらのホール電圧ｖＩ及びｖ２を加算或
は減算することにより合成して（同図（ｂ）参照）検出
信号ｖＨを求め、この検出信号ＶＨとバイアス信号Ｉ、
との位相差を演算する。

即ち、ホール電圧Ｖ、、Ｖ２を加算或は減算して合成し
た検出信号ｖＨは次式のように表わされる。

Ｖ　Ｈ＝　Ｖ　１±Ｖ　２ −ｋ　　Ｉ　、Ｂ　（ｓｊｎωｔ　　ｃｏｓθ±　ｃｏ
ｓωｔ　　ｓｉｎ　　θ）−ｋ　　Ｉ　　ｏ　　Ｂ　　
ｓｉｎ　　（ωｔ　　±θ）　　　　　　　−（ｅ）そ
して、式（ｅ）で表わされる検出信号ＶＨとバイアス信
号１１との位相を比較すると、回転角度θが得られる。

つまり、両者の位相差により回転角度θが検出できるの
で、検出信号ＶＨの振幅の大きさが変動しても回転角度
θと無関係になり、従って、温度変化等により磁気検出
素子の特性か変動しても回転角度θの検出には悪影響が
及ばないのである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図乃至第３図を参
照しながら説明する。

第１図は全体構成の縦断側面を示しており、検出対象と
しての回転軸１１は、その一端側がケース１２に挿通さ
れて軸受部１２ａにより回転可能に支持されている。ケ
ース１２内には、回転軸１１の端部１１ａ“に磁界発生
器１３が固定されており、回転軸１１と一体となって回
転するようになっている。この磁界発生器１３は、コ字
状をなす磁性体１４とその先端部分に対向するように配
置された永久磁石１５ａ、１５ｂとから構成され、永久
磁石１５ａ、１５ｂにより回転軸１１の回転中心線ｇと
直交方向に磁界を発生させ、回転軸１１に伴ってその磁
界が回転するようになっている。

また、ケース１２の内壁部には回転中心線ｇに沿って第
２図にも示すような四角柱状をなす検出部１６か固定さ
れている。この検出部１６は、その隣り合う二つの側面
部に磁気検出素子たるホール素子１７及び１８が夫々配
設されており、それらの検出面ＳＡ及びＳＢは互いに直
交する位置関係になっている。

さて、第３図は電気的構成のブロック図であり、この第
３図において、バイアス発生器１９は正弦波電圧発生器
２０．電圧−電流変換器２１及び２２から構成され、正
弦波発生器２０は所定周波数（角周波数ω）の正弦波電
圧Ｖ（−Ｖｏｓｉｎωｔ）を出力し、この正弦波電圧Ｖ
に基づいて電圧−電流変換器２１及び２２は夫々バイア
ス信号としての電流１　ｌ（＝　Ｉｏ　　５ｉｎ（Ｊ、
ｌｔ　）及びＩ２　（−１゜ＣＯＳωｔ）に変換してホ
ール素子１７及び１８に与える。つまり、ホール素子］
７及び１８には互いに位相が９０度ずれたバイアス信号
１．、Ｉ２が与えられている。検出回路２３は、加算器
２４及び位相検出器２５より構成されるもので、ポール
素子１７及び１８に発生するホール電圧Ｖ１及びＶ２は
加算器２４において加算され、位相検出器２５に与えら
れるようになっている。位相検出器２５は、上述した正
弦波電圧発生器２ｏがらも正弦波電圧Ｖが与えられるよ
うになフており、加算器２４からの合成ホール電圧ＶＨ
との位相差を検出して出力する。

上記構成によれば、いま、回転軸１１が基準位置から回
転角度θだけ回転した位置にあるとすると、磁界発生器
１３による磁束Ｂの方向は基準線Ｓに対して角度θだけ
傾いた状態になる。このとき、ホール素子１７の検出面
に直交する磁束成分は磁束ＢにＣＯＳθを乗じた大きさ
になり、ポール素子１８の検出面に対してはｓｉｎθを
乗じた大きさとなる。ホール素子１７及び１８には夫々
上述したようにバイアス信号１１及びＩ２が与えられて
いるので、磁界発生器１３の磁束によりホール電圧Ｖ１
及びＶ２を発生する。即ち、このとき発生するホール電
圧ｖ１及びＶ２は前述した式（Ｃ）及び（ｃｌ）に示し
た値が得られる。この後、加算器２４によりこれらを加
算すると、位相検出器２５には、合成電圧として次式で
表わされる検出信号Ｖｌ（か得られる。

ｖＨ−ｋ　１．Ｂ　　５ｉｎ（ωｔ＋θ）　　　−（２
）また、位相検出器２５は、正弦電圧発生器２０から式
（ａ）と同相の正弦波電圧Ｖが入力されており、これら
の値を比較してその位相差を検出する。つまり、両者は
振幅は異なるが、同じ角周波数ωｔで位相がθだけずれ
た電圧信号として人力されているので、位相差を検出す
れば回転角度θとして得られるのである。また、この値
は、ポール素子１７或は１８の特性に左右されないので
、温度変化等により振幅が変動しても回転角度θの値は
殆ど誤差を含まない正確なものとなる。

尚、上記実施例においては、磁気検出素子としてホール
素子１７．１８を用いた場合について述べたが、これに
限らず、例えば、磁気抵抗素子等の磁気検出素子を用い
る構成としてもよい。

また、上記実施例においては、ホール素子１７を基準と
して説明をしたが、これに限らず、ホール素子１７．１
８間の相対的な関係が本発明の要旨に沿うものであれば
基準の設定は任意に行えるものである。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の回転角度検出装置によれ
ば、二つの磁気検出素子により得られた出力を合成して
回転軸の回転角度を位相差に基づいて検出するようにし
たので、簡単な構成でありながら、従来と異なり、温度
変化等により振幅値が変動してもその悪影響を受けるこ
となく正確な回転角度の検出が行なえるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は
全体構成の縦断側面図、第２図は検出部の外観斜視図、
第３図は電気的構成のブロック図、第４図は検出原理説
明図であり、第５図及び第６図は従来例を示す第１図相
当図及び第４図相当図である。 図面中、１１は回転軸、１３は磁界発生器、１４は磁性
体、１５ａ、１５ｂは永久磁石、１６は検出部、１７．
１８はホール素子（磁気検出素子）１９はバイアス発生
器、２０は正弦波電圧発生器、２１．２２は電圧−電流
変換器、２３は検出回路、２５は位相検出器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転軸に固定されその回転中心線に対して直交する
   磁界を発生する磁界発生器と、検出面が前記回転軸の回
   転中心線と平行に位置すると共に互いに直交するように
   配置され前記磁界発生器から磁界の作用を受ける２つの
   磁気検出素子と、これらの磁気検出素子に互いに位相が
   ９０度ずれた所定周波数のバイアス信号を与えるバイア
   ス発生器と、前記磁気検出素子からの検出信号と前記バ
   イアス発生器からのバイアス信号との位相差に基づいて
   前記回転軸の回転角度を検出する検出回路とを具備して
   なる回転角度検出装置。