JPH0529242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 回動する物体の回動角度の絶対値を非接触で計
測する方法として、磁性体よりなり同一平面上に
あつて直径を異にする二つの円環か、或いは同一
径で上下に対向する二つの円環の二等分位置に一
対の永久磁石を設けて二つの円環を橋渡し、二つ
の円環内に閉磁路を形成すると共に、磁気検知素
子を二つの円環の隙間に固定して配置し、永久磁
石からの漏洩磁束を検出することを特徴として回
転角度センサを構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は回動する物体の回転角度を約±90度の
範囲に亙つて測定する回転角度センサの構成に関
する。

船舶、自動車、航空機などの輸送機関を初めと
し各種の機械設備に回動機構が多用されている。

例えばカム機構などがこれに当たる。

本発明は回動する物体の回転角度を非接触で絶
対値を測定できるセンサに関するものである。

〔従来の技術〕

回動する物体の回転角をレーザなどを用いて光
学的に測定する方法がある。

すなわち、回動する物体に付属して光源を設
け、一方、対向位置に穴開けして複数の検知器を
備えておき、光源からの光を検出した検知器の位
置により回動角度を求めるものである。

然し、この方法は測定設備が大掛かりな割りに
検出角度が飛び飛びのため精度がでないと云う問
題がある。

これに対し、発明者等は磁気的に検出する方法
を見出し、既に出願を行つている。（特願昭61−
009566，61年１月20日出願） 第４図はかかる回転角度センサの平面図であつ
て、磁性体よりなり中心軸を回転中心として回動
が可能な円環１の二等分位置に永久磁石２と３が
極性を同じくする方向に備えられており、また磁
気検知素子４は円環１の内側に設けられている。

こゝで、円環１は珪素鋼、純鉄、磁性ステンレ
スなどの磁性材料からなり、永久磁石２，３はフ
エライト、アルニコ、サマリウム−コバルトなど
の磁性材料を用いて形成されている。

また、磁気検知素子４は方向性をもつ磁気抵抗
素子かホール素子が用いられている。

かゝる回転角度センサの検出原理は同図に示す
ように永久磁石２，３の磁界方向を揃えて配置す
ることにより円環１の中に閉磁路５が形成されて
おり、また永久磁石２，３からは矢印の方向の漏
洩磁束６，７が発生している。

然し、永久磁石２と３の漏洩磁束の方向は逆で
あるから永久磁石２，３を結ぶ線に直交する直径
位置８では漏洩磁束６，７相殺されるため漏洩磁
束は存在せず、従つてこの位置に置かれた磁気検
知素子４には起電力は発生しない。

然し、磁気検知素子４を固定した状態で円環１
を徐々に回転させると永久磁石２，３が近ずくに
従つて漏洩磁束６，７がふえるために磁気検知素
子４の起電力は増加し、第４図に示す直径位置８
よりも90℃回転して永久磁石２，３と対向した状
態で最大となる。

従来の回転角度センサはこのような構成がとら
れていた。

然し、回転角度センサが一個の円環１から構成
されているために漏洩磁束６，７の大きさは永久
磁石２，３より離れるに従つて急激に減少してお
り、そのため検知感度が低く、また、出力特性の
直線性が悪いと云う問題があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

回動する物体の回転角度を非接触で測定すると
共に絶対値を得る方法として、先に記したように
二個の永久磁石で二等分した円環状の閉磁路と磁
気検知素子とからなる回転角度センサを提案して
いるが検知感度が低く、また出力特性の直線性が
悪いことが問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は磁性体よりなり同一平面上にあつ
て直径を異にする二つの円環か、或いは同一径で
上下に対向する二つの円環の二等分位置に一対の
永久磁石を設けて二つの円環を橋渡し、二つの円
環内に閉磁路を形成すると共に、磁気検知素子を
二つの円環の隙間に固定して配置し、永久磁石か
らの漏洩磁束を検出することを特徴として回転角
度センサを構成することにより解決することがで
きる。

〔作用〕

本発明は今まで閉磁路が一個の円環から形成さ
れていたのに対し、二つの同心或いは同一円状の
円環からなる閉磁路を用い、この円環の二等分位
置を永久磁石で橋渡しする方法とることにより上
記の問題を解決するものである。

第１図は本発明に係る回転角度センサの斜視図
であり、また、第２図は平面図である。

すなわち、磁性体からなる内側の円環１１と外
側の円環１０を同心円状に配置すると共に円環１
０，１１の二等分位置に永久磁石１２，１３を橋
渡して内側の円環１１と外側の円環１０を通る閉
磁路１６を作る。

そのためには永久磁石１２，１３を図に示すよ
うに磁極が逆向きとなるように配列する必要があ
る。

このようにすると、永久磁石１２，１３からの
漏洩磁界１７は従来のように空間中を拡がること
なく、永久磁石１２からの漏洩磁界１７の分布は
内側の円環１１から外側の円環１０へ、また、永
久磁石１３からの漏洩磁界１７は外側の円環１０
から内側の円環１１へと接近した同心円環内で分
布するために漏洩磁界１７が円環単独の場合に較
べ拡がると共に磁界の強さを増すことができる。

次に、磁気検知素子１４を用いて漏洩磁界を検
出する場合の問題は従来のパーマロイを用いた磁
気抵抗素子では漏洩磁界の強さは検出できるも
のゝ漏洩磁界の方向を検出することができないの
で、ホール素子または方向性も検出でき磁気抵抗
素子を使用する必要がある。

第７図は磁界の強さと方向を検出できる磁気抵
抗素子である公知のバーバーポール型磁気抵抗素
子の構造を示すもので、同図Ａは平面図、また同
図Ｂは磁気抵抗特性図である。

すなわち、パーマロイの薄膜よりなり長さ方向
に磁化容易軸が配列している磁性膜２５に対し、
電極は端子電極２６，２７以外に複数の斜行電極
２８がパターン形成されているために、磁化容易
軸の方向と電流の方向とは異なつている。

（左の端子電極２６より右の端子電極２７へ電圧
が加わる場合、電流の方向は右下がりとなる。） そのため、同図Ａにおいて、矢印２９の方向に
磁界が加わる場合、その強さが増すに従つて磁化
の方向が電流の方向に向き、同図Ｂに示すように
抵抗値は増加し平行となつた場合に抵抗値増加が
最大となる。

一方、矢印３０の方向に磁界が加わる場合は、
その強さが増すに従つて磁化の方向は電流の方向
と異なるようになり、直角となつた場合に抵抗値
の減少が最大となり、そのために同図Ｂに示すよ
うな直線的な抵抗値変化を生ずるために方向性を
もつ検知素子として動作する。

なお、方向性をもつ磁気抵抗素子としては通常
の磁気抵抗素子の背後に微弱な永久磁石を貼り付
け、バイアス磁界を付与することによつても得る
ことができる。

本発明はホール素子か方向性をもつ磁気抵抗素
子を磁気検知素子として使用するもものである。

〔実施例〕

実施例１：（同心円状の閉磁路からなる場合） 第１図は本発明に係る回転角度センサの斜視
図、第２図Ａはこの平面図、同図ＢはＸ−X′位
置の断面図また第３図はこの出力特性図である。

図において外側の円環１０は外径30mm、幅３
mm、高さ５mm、内側の円環１１は外径22mm、幅３
mm、高さ５mmとし、共に純鉄を用いて形成した。

次に、中心が一致して同心である一対の円環１
０，１１は温度特性の優れたアルニコからなる一
対の永久磁石１２，１３を介して円周方向に二等
分する二ケ所で接続し、円環１０，１１の中心を
通る垂直軸廻りに約±90度の範囲で回動するよう
にし、一方、磁気検知素子１４は円環１０，１１
の対向間に挿入した状態で固定した。

かゝる回転角度センサ１５において漏洩磁束の
大きさと方向を検出する磁気検知素子にはバーバ
ーポール型磁気抵抗素子を使用した。

第２図は回転角度センサ１５が磁気抵抗素子１
４に対し、θだけ回転した状態を示すもので、外
側の円環１０と内側の円環１１にはそれぞれ矢印
で示す方向の閉磁路１６が形成されており、また
内側の円環１１から外側の円環１０に向けて漏洩
磁界１７が形成されている。

また、この一部は磁気検知素子１４を貫通して
おり、図の場合、永久磁石１２の漏洩磁束１７に
より磁気検知素子１４に起電力が発生している。

第３図は永久磁石１２，１３を結ぶ線と直角な
直径位置を回動角度0゜とし回転角度センサ１５を
90゜までの範囲で回動する際の出力電圧を記録し
たもので、直線状の出力を得ることができた。

実施例２：（同一円状の閉磁路からなる場合） 第５図と第６図は本発明に係る別の実施例の斜
視図であり、実施例１が同心円状の円環から形成
されているのに対し、この実施例は外径30mm、幅
３mm、高さ５mmで同一円状の純鉄よりなる円環２
０，２１と２２，２３を上下に配置し、この二等
分位置にアルニコよりなる永久磁石を図示するよ
うに配置して構成した。

そして、この間隙位置に磁気検知素子１４とし
てバーバーポール型磁気抵抗素子を固定した。

この場合、各円環２０，２１，２２，２３に閉
磁路が形成されると共に上下の円環２０，２１と
２２，２３の間に漏洩磁界が形成されているが、
この場合も実施例１と同様の検出出力を得ること
ができた。

なお、第６図の実施例においては永久磁石が円
環２２，２３の外側に設けられているので第１図
と第５図の実施例でば0゜を中心として回動角が最
大90゜であるのに対し、180゜の範囲まで検出する
こともできるが、検出電圧の最大値は変わること
はない。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により回動する
物体の回転角を非接触で絶対値を測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転角度センサの斜視
図、第２図は本発明に係る回転角度センサの平面
図、ＡとＸ−X′線における断面図Ｂ、第３図は
実施例に示す回転角度センサの出力特性図、第４
図は回転角度センサの平面図、第５図と第６図は
本発明の別の実施例の斜視図、第７図はバーバー
ポール型磁気抵抗素子の平面図Ａと磁気抵抗特性
図Ｂである。 図において、１，２０，２１，２２，２３は円
環、２，３，１２，１３は永久磁石、４は磁気検
知素子、５，１６は閉磁路、６，７，１７は漏洩
磁界、１０は外側の円環、１１は内側の円環、１
４は磁気検知素子、２５は磁性膜、２６，２７は
端子電極、である。

【特許請求の範囲】

１ Ｘ方向及びそれに垂直なＹ方向の辺を有する
矩形の４頂点位置においてベースに固定された４
個の固定ブロツクと、 その固定ブロツク間のＸ方向の辺に設けられ、
その固定ブロツクに取り付けられたＸ方向に伸縮
する第１のＸ方向圧電素子によりＸ方向に移動さ
れるＸ方向可動ブロツクと、 前記固定ブロツク間のＹ方向の辺に設けられ、
その固定ブロツクに取り付けられたＹ方向に伸縮
する第１のＹ方向圧電素子によりＹ方向に移動さ
れるＹ方向可動ブロツクと、 Ｘ方向及びＹ方向の両方に垂直なＺ方向に伸縮
する第１のＺ方向圧電素子を介して前記Ｘ方向可
動ブロツクに支持され、その第１のＺ方向圧電素
子によりＺ方向に移動されるＸ−Ｚ方向可動ブロ
ツクと、 前記第１のＺ方向圧電素子と同一条件でＺ方向
に伸縮する第２のＺ方向圧電素子を介して前記Ｙ
方向可動ブロツクに支持され、その第２のＺ方向
圧電素子によりＺ方向に移動されるＹ−Ｚ方向可
動ブロツクと、 前記第１のＸ方向圧電素子と同一条件でＸ方向
に伸縮する第２のＸ方向圧電素子により前記Ｙ−
Ｚ方向可動ブロツクに連結されるとともに、前記
第１のＹ方向圧電素子と同一条件でＹ方向に伸縮