JPH04361101A - 位置検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触式の位置検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に示すように、中心５１０を中心に
回転する磁界５２０中に置いた磁気素子５００の出力変
化から鎖交角θを検出する技術が知られている。しかし
、直線性±３％Ｆ，Ｓを示す直線領域は、磁気素子５０
０がホール素子の場合約７０°、磁気抵抗素子の場合は
約３５°であり位置検出範囲が狭い。ところで、特開平
１−２４４３１４号公報には、円環形状の磁性部材に永
久磁石を設けた閉磁路構造体と、その閉磁路構造体から
の漏洩磁束を検知する磁気センサとを備えることに拠り
、直線領域の拡大を図った位置検出装置が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の位置
検出装置は、磁界強度が弱い、円環形状の磁性部材の漏
洩磁界を磁気センサに作用させているので、外部の磁界
の影響を受け易いという課題がある。本発明の目的は、
磁石以外の磁界の影響を受け難いとともに、シャフトの
位置検出に使用できる直線領域の拡大を図った位置検出
装置の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、ハウジングと、該ハウジングに回転自在に支
持されたシャフトと、放射磁界を発生する磁石と、該磁
石と対向して位置するとともに、磁界強度の変化で電気
抵抗値が増減する磁気素子とを備え、前記磁石若しくは
磁気素子の何れか一方を前記シャフトのハウジング側端
部に偏心して固着し、前記磁気素子の電気抵抗値の増減
に基づいて前記シャフトの回転位置を検出する位置検出
装置において、前記磁石または磁気素子の何れか他方を
シャフト中心軸からずらして前記ハウジングに固定した
構成を採用した。

【０００５】

【作用】シャフト中心軸からずらして磁気素子（磁石）
をハウジングに固定しているので、シャフトが回転する
と磁石（磁気素子）は、シャフト中心軸に対し、ずらし
量に相当する半径の円を描いて回転する。この為、磁気
素子に作用する磁界は、シャフトの回転角の変化に較べ
て少ない量の磁界の向きの変化を受ける。

【０００６】

【発明の効果】（あ）磁気素子（磁石）を、シャフト中
心軸からずらしてハウジングに固定したので、シャフト
の回転角の変化に対応して電気抵抗値が直線的に変化す
る直線領域が拡大する。 （い）磁石の放射磁界を利用しているので、強力な磁界
が得られ、磁気素子は他の磁界の影響を受け難い。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図６に基づいて説
明する。図１および図２に示す如く、回転位置検出装置
Ａは、軸受１１を介してハウジング１に回転自在に支持
されるシャフト２と、シャフト中心軸２１から距離ｒだ
け偏心して位置する永久磁石３と、シャフト中心軸２１
から距離２ｒの位置に固定されるセンサ体４とを備える
。

【０００８】ハウジング１（非磁性体製）は、筒状を呈
し、シャフト２、永久磁石３、センサ体４等を保護する
ためのものである。また、このハウジング１の段部１２
には、裏面に処理回路基板１３を固着した開口１４を有
する電磁遮蔽部材１５が接着等の手段に拠り固定されて
いる。

【０００９】永久磁石３は、図２に示すように、常にセ
ンサ体４に飽和磁界を与える様な磁界強度を有し、且つ
、放射磁界３１１〜３１８を径方向に発する、内周外周
に分極した円筒状の磁力強化磁石であり、アーム部２２
の後端面２３に配設されている。

【００１０】センサ体４は、図３に示すように、電気的
導通を図った隣り合うゲージを直交させた四個の磁気抵
抗素子（薄膜のＮｉ−　Ｃｏ強磁性合金）４１〜４４を
ブリッジに構成してなり、開口１４に臨む処理回路基板
１３の表面に配設されている。また、磁気抵抗素子４１
〜４４の各ゲージ間には定電流源接続用の電極４５、４
７および出力取り出し用の電極４６、４８が設けられ、
電極４５、４７は処理回路基板１３の処理回路の定電流
源に、電極４６、４８は処理回路の増幅器に各々電気接
続されている。なお、処理回路の出力リード線は、外部
のＥＣＵ装置に接続するためにハウジング１に配設した
ターミナル１６に、半田付け等に拠り電気接続されてい
る。さらに、このセンサ体４は、シャフト中心軸２１と
センサ中心とを結ぶ線ｗに対して４５°の角度を成す向
きに固定されている。

【００１１】以下、回転位置検出装置の作動を説明する
。シャフト中心軸２１から距離ｒだけ偏心して永久磁石
３が配設されているので、シャフト２が回転すると永久
磁石３は、実線位置３２から破線位置３３、３４に示す
様に動き、シャフト中心軸２１に対し半径ｒの円を描い
て回転する。この時、永久磁石３は、上述した構成であ
るので、センサ体４に加わる磁界の向きの変化αは、回
転角βに比べて小さい。

【００１２】本実施例では、永久磁石３とセンサ体４と
の関係は、図４の（９）であるが、参考の為、磁界の向
きの変化αと回転角βとの関係を図４、図５を用い、他
の場合についても述べる。（６）〜（１０）の様に、永
久磁石３が回転する場合は、（１）〜（５）の様に、永
久磁石３が発する放射磁界中をセンサ体４が回転する場
合と逆である。（６）に示す様に、センサ体４と、永久
磁石３の出す放射磁界の回転中心とが一致する場合は、
（１）に示す様に、平行磁界中をセンサ体４が回転した
場合と同じである。（１０）に示す様に、永久磁石３の
回転中心とセンサ体４とが無限に離れている場合は、常
に一定磁界がかかった状態になる。（７）〜（９）また
は（２）〜（４）に示す様に、永久磁石３の回転中心と
センサ体４の偏心が有限であれば、上記の間の状態とな
り、回転角βに対してセンサ体４に加わる磁界の向きの
変化αは少ない変化をする。図４の（１）〜（１０）に
おける、回転角βと、センサ体４に加わる磁界の向きの
変化αとの関係を調べてグラフ化したものを図５に示す
。

【００１３】図５に示す様に、本実施例の場合、偏心量
は２ｒであるので、回転角βが−１２０°〜１２０°変
化するのに対して、磁界の向きの変化αは、−３０°〜
３０°と１／４に少なくなっている。この場合、センサ
体４は、以下の様に作動する。回転角βの正の方向に永
久磁石３が回転すると、磁気抵抗素子４２、４４の抵抗
値は減少、磁気抵抗素子４１、４３の抵抗値は増大する
。隣り合うゲージは電気的導通が図られているので、電
極４５−　電極４７間に電流が流れると、電極４６に生
じる出力は、図６に示す様（実線２ｒのカーブ）に、出
力値が上昇する方向に変化し、電極４８に生じる出力は
出力値が上昇する方向に変化し、電極４８に生じる出力
は、図６に示す様（破線２ｒ’のカーブ）に、出力値が
下降する方向に変化する。また、回転角βの負の方向に
永久磁石３が回転すると、磁気抵抗素子４２、４４の抵
抗値は増大、磁気抵抗素子４１、４３の抵抗値は減少す
る。隣り合うゲージは電気的導通が図られているので、
電極４５−　電極４７間に電流が流れると、電極４６に
生じる出力は、図６に示す様（実線２ｒのカーブ）に、
出力値が減少する方向に変化し、電極４８に生じる出力
は出力値が上昇する方向に変化し、電極４８に生じる出
力は、図６に示す様（破線２ｒ’のカーブ）に出力値が
上昇する方向に変化する。そして、処理回路の増幅器に
は、図６の実線２ｒのカーブと破線２ｒ’のカーブとの
差に相当する信号が入力される。

【００１４】つぎに、回転位置検出装置Ａの作用効果を
説明する。 （ア）放射磁界を発する永久磁石３の回転中心より２ｒ
偏心させてセンサ体４を設けること、およびシャフト中
心軸２１とセンサ中心とを結ぶ線ｗに対して磁気抵抗素
子４１〜４４を４５°の角度を成す向きに配設したこと
に拠り、図６に示す如く、周期１８０°の従来の特性が
、本案では周期の一部が１／２周期の特性になり、この
結果、特性カーブの略直線部分は、従来の約３５°から
約（１０５°）と拡がる。 （イ）磁気抵抗素子４１〜４４の飽和磁界以上の強い磁
界内でセンサ体４が、動作するので、他の磁界の影響を
防止することができる。 （ウ）センサ体４を固定し、永久磁石３を回転させる構
成であるので、センサ体４の出力を容易に外部に取り出
すことができる。 （エ）電気的導通を図った隣り合うゲージを直交させた
四個の磁気抵抗素子４１〜４４をブリッジに構成してセ
ンサ体４を構成しているので温度変化に因るドリフトが
相殺され、センサ体４は、環境温度が変化しても出力が
変動し難い。また、図６の実線２ｒのカーブと破線２ｒ
’のカーブとの差に相当する信号を取り出す構成である
ので、高出力が得られ、信号処理が安定して行える。

【００１５】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。 ａ．シャフトに磁気素子を配し、磁石をハウジングに固
定する構成であっても良いが、磁気素子の電気信号をブ
ラシ等で取り出す手段が必要である。 ｂ．磁気素子として、ホール素子等の他の素子を用いて
も、本発明の構成に拠り、直線領域の拡大が図れる。 ｃ．上記実施例では、シャフト中心軸２１とセンサ中心
とを結ぶ線ｗに対して４５°の角度を成す向きにセンサ
体４を固定したが、シャフト中心軸２１とセンサ中心と
を結ぶ線ｗに対してセンサ体４を平行、または直交して
センサ体４を固定しても良く、この場合、図７（平行）
に示す様に直線領域が二箇所得られる。 ｄ．図８に示す様に、中心の円柱体３５０（例えばＮ極
）、および外筒体３６０（例えばＳ極）からなる永久磁
石３００を用いれば、更に強力で安定した放射磁界が得
られる。なお、円柱体３５０は外筒体３６０と別体でも
良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る回転位置検出装置の構
造説明図である。

【図２】その装置において、シャフトの回転に伴う、永
久磁石とセンサ体との位置関係を説明した説明図である
。

【図３】その装置におけるセンサ体の形成を示した説明
図である。

【図４】各偏心量における、永久磁石とセンサ体の関係
を説明する説明図である。

【図５】各偏心量における、回転角とセンサ体に加わる
磁界の向きの変化との関係を示すグラフである。

【図６】各偏心量における、回転角とセンサ体の出力と
の関係を示すグラフである。

【図７】シャフト中心軸とセンサ中心とを結ぶ線に対し
てセンサ体を平行に配設した場合の、各偏心量における
回転角とセンサ体の出力との関係を示すグラフである。

【図８】永久磁石の他の構成を示す説明図である。

【図９】従来の技術を説明する説明図である。

【符号の説明】

Ａ　　回転位置検出装置（位置検出装置）１　　ハウジ
ング ３　　永久磁石（磁石） ４　　センサ体（磁気素子） ２１　　シャフト中心軸 ２３　　後端面（ハウジング側端部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ハウジングと、該ハウジングに回転自
   在に支持されたシャフトと、放射磁界を発生する磁石と
   、該磁石と対向して位置するとともに、磁界強度の変化
   で電気抵抗値が増減する磁気素子とを備え、前記磁石若
   しくは磁気素子の何れか一方を前記シャフトのハウジン
   グ側端部に偏心して固着し、前記磁気素子の電気抵抗値
   の増減に基づいて前記シャフトの回転位置を検出する位
   置検出装置において、前記磁石または磁気素子の何れか
   他方をシャフト中心軸からずらして前記ハウジングに固
   定したことを特徴とする位置検出装置。