JPH0553202B2 - - Google Patents

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JPH0553202B2
JPH0553202B2 JP956686A JP956686A JPH0553202B2 JP H0553202 B2 JPH0553202 B2 JP H0553202B2 JP 956686 A JP956686 A JP 956686A JP 956686 A JP956686 A JP 956686A JP H0553202 B2 JPH0553202 B2 JP H0553202B2
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Michiko Endo
Juji Kojima
Noboru Wakatsuki
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Fujitsu Ltd
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 閉磁気回路を形成する円環状の磁気回路構造体
と、磁気回路構造体よりの漏洩磁束を検知する磁
気検知器とより構成し、被測定物の回動に応じて
磁気回路構造体又は磁気検知器が回動し、磁気検
知器の出力より被測定物の回動角度の絶対位置を
検出可能とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は回動角度位置検出装置に係り、特に磁
気検知器を用いた回動角度位置検出装置に関す
る。
〔従来の技術〕
一般に被測定物の回動角度を検出する装置とし
ては、全円周に設けたラジアル格子によるモアレ
じまの移動を光電的にとらえて、ラジアル回転角
を知ることができるロータリエンコーダがある。
また磁気検知器を用いた測定装置は、第14図
に示すように、自由空間に永久磁石1と磁気検知
器2を対向配置し、その一方が対向方向に移動す
るようにした構成である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ロータリエンコーダによれば、被測定物が回動
した角度を検出することは可能であるが、被測定
物の基準位置に対する絶対的な角度、即ち角度位
置を検出することは不可能であつた。
また上記の測定装置によれば、永久磁石1が発
生した自由空間を伝播する磁界の強さを磁気検知
器2が検知し、その対向間隔lを知ることはでき
るが、磁気検知器2の回動角度位置を検出するこ
とは出来なかつた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の回動角度位置検出装置は、永久磁石と
磁性部材とよりなり、閉磁気回路を形成する実質
的に円環形状の磁気回路構造体と、 該磁気回路構造体の該磁性部材よりの漏洩磁束
による磁界の強さめ方向とを検知する磁気検知器
とよりなり、 前記磁気検知器が前記磁気回路構造体の円環の
外周又は内周面に対向し、且つ該磁気検知器と該
磁気回路構造体の一方が該磁気回路構造体の円環
の中心を回転中心として回転可能に設けられ、該
磁気検知器の検知出力より回動角度位置を検出す
ることを特徴とする。
〔作 用〕
磁気回路構造体は、その内側及び外側に永久磁
石より離れるにつれて弱まる漏洩磁束を発生さ
せ、磁気検知器は、被測定物の回動に応じて円環
形状の磁気回路構造体の周面に沿つて移動して漏
洩磁束を検知する。磁気検知器の出力に基づいて
被測定物の回動角度位置の絶対位置の検出が可能
となる。
〔実施例〕
第1図及び第2図は夫々本発明の第1の実施例
になる回動角度位置検出装置を概略的に示す斜視
図及び平面図である。
両図中、10は磁気回路構造体であり、一対の
半円形状の磁性部材(例えば鉄板)11,12
と、永久磁石13,14とよりなる円環形状であ
り、回転不能に固定してある。永久磁石13,1
4は磁性部材11,12の両端で挾まれており、
円環形状の磁気回路構造体10の一の直径方向上
両端に配されている。また永久磁石13,14は
磁気回路構造体10の円周方向に磁極を有し、磁
気回路構造体10は閉磁気回路を形成する。従つ
て、第2図に示すように磁性部材11,12には
永久磁石13,14のN極からS極に向かつて磁
束15が通り、磁気回路構造体10の内側には永
久磁石13,14から離れるにつれて弱まる漏洩
磁束16が流れる。
上記の永久磁石13,14は、共に楔形状であ
り、頂部を内側に向けて配してある。これは、漏
洩磁束16が磁気回路構造体10の内側の全周に
亘つて生ずるようにして、角度検出範囲を180度
と最大限まで拡げるためである。
17は磁気検知器で、例えば強磁性金属(パー
マロイ等)の磁気抵抗を利用した磁気検知素子を
収容した構成を有し、軸18より延出した腕19
の先端に固定してあり、磁性部材11の内周面に
近接して磁気回路構造体10の内側に配されてい
る。被測定物の回動に応じて、軸18が回動し、
磁気検知器17は漏洩磁束16を検知しつゝ磁性
部材11の内周面に沿つて移動する。軸18、腕
19は共に非磁性体である。
上記の磁気検知器17内の磁気検知素子は、電
極パターンと強磁性金属パターンとが斜め方向に
延在して交互にストライプ状に並びびだバーバー
ポール構造を有する。この磁気検知素子は、これ
に作用する磁界の強さを検知すると共に、磁界が
正方向か逆方向かの判別をすることが出来る。
磁気検知器17(磁気検知素子)の検出方向
は、矢印Aで示す方向である。
第3図は、上記磁気検知器17が移動する場合
の漏洩磁束16による磁界の強さ(磁気検知器1
7が検出する、第2図に矢印Aで示す方向の磁界
の強さ)を示す図である。同図中、0度は第2図
中P1で示す角度位置である。P1は、永久磁石1
3と14との中間位置であり、漏洩磁束は零であ
る。−90度、90度は、夫々P2,P3で示す永久磁石
13,14の頂部に対応する角度位置である。曲
線Iで示すように、磁界の強さは、0度において
零であり、0度と−90度の間では負、0度と90度
の間では正となる。
図2に二点鎖線で示すように、磁気検知器17
が位置P2へ移動したときには、磁気検知器17
には、矢印Aとは逆方向の磁界が作用する。
また、磁気検知器17が位置P1へ移動したと
きには、磁気検知器17には、矢印Aと同方向の
磁界が作用する。
第4図は、磁気検知器17がP2〜P3間を移動
するときに、磁気検知器17にて漏洩磁束16を
検出した出力特性図である。縦軸は磁気検知器1
7の出力電圧、横軸は磁気検知器17の回動角度
位置である。曲線で表わされる角度位置と出力
電圧との関係に基づいて、出力電圧から、磁気検
知器17の角度位置、即ち被測定物の回動角度の
絶対位置が検出される。
第5図は装置に搭載した磁気検知器17の測定
系の構成例を示す回路図である。
第5図において、21はパーマロイの磁気抵抗
を利用した磁気検知素子の等価回路、22は定電
流源、23は不平衡電圧の調整増幅回路、24は
差動増幅回路である。定伝流源22の入力端子2
5に印加する電圧V22を変えることで磁気検出素
子21に印加する電流Iが変化可能であり。磁気
検出素子21は、膜形成、及びエツチング等を経
て形成されたバーバーポールパターンが構成する
ブリツジ抵抗21a,21b,21c,21dを
有する。実際の製造工程では膜厚分布、パターン
寸法等に微妙なばらつきがあり、これが原因で、
抵抗21a〜21dの各抵抗値を一致させること
は難しく、各抵抗値は若干相違する。これによつ
て、磁気検出素子21には、外部磁界と関係な
く、不平衡電圧が生ずる。
この不平衡電圧は、可変抵抗Rを調整して、差
動増幅回路24の基準電圧Vrefと不平衡電圧調
整回路の電圧V23とが一致するようにすることに
より、零とされる。そして、磁気検出素子21の
出力は差動増幅回路24を通つて例えば約100倍
に増幅され、出力端子26に接続されるデジタル
マルチメータやX−Yレコーダ等にて、測定およ
び記録される。
第6図及び第7図は夫々本発明の第2の実施例
になる回動角度位置検出装置を概略的に示す斜視
図及び平面図である。本実施例は、検出しうる角
度範囲を上記の第1の実施例の180度より広げて
360度としたものである。両図中、第1図及び第
2図に示す構成部分と実質上同一構成部分には同
一符号を付し、その説明は省略する。
第6図及び第7図中、30は磁気回路構造体で
あり、略環状の磁性部材31と、磁性部材31の
端部間に設けられた永久磁石32とよりなり、回
転不能に固定してある。永久磁石32は磁気回路
構造体30の円周方向に磁極を有し、磁気回路構
造体30は閉磁気回路を形成する。磁性部材31
内には磁束33が通り、磁気回路構造体30の内
側には永久磁石32から離れるにつれて弱まる漏
洩磁束34が流れる。角度検出範囲が360度と最
大限まで拡がるように、永久磁石32は楔形状で
あり、頂部を内側に向けて配してある。
被測定物の回動に応じて、軸18が回動し、磁
気検知器17は漏洩磁束34を検知しつゝ磁性部
材31の内周面に沿つて移動する。
この磁気検知器17内の磁気検知素子も前記と
同じくバーバーポール構造を有しており、磁気検
知素子は、これに作用する磁界の強さを検知する
と共に磁界の方向を判別することが出来る。
この磁気検知器17(磁気検知素子)の検出方
向は、矢印Bで示す方向である。
第8図は、上記磁気検知器17が移動する場合
の漏洩磁束34による磁界の強さ(磁気検知器1
7が検出する、第7図に矢印Bで示す方向の磁界
の強さ)を示す図である。同図中、0度は第7図
中Q1で示す角度位置である。Q1は、直径方向上
永久磁石32とは反対側の位置であり、漏洩磁束
は零である。−90度、90度は、夫々Q2,Q3で示す
角度位置である。−180度(180度)は、Q3で示す
永久磁石32の頂部に対応する位置である。第8
図中、曲線で示すように、磁界の強さは、0度
において零であり、0度と−180度の間では負、
0度と+180度との間では正となる。
図7に二点鎖線で示すように、磁気検知器17
が位置Q2を通つて移動してきて位置Q3aへ到つた
ときには、磁気検知器17には、矢印Bと同方向
の磁界が作用する。
磁気検知器17が更に僅かに移動して位置Q3b
へ到つたときには、一転して磁気検知器17に
は、矢印Bとは逆方向の磁界が作用する。
第9図は、磁気検知器17がQ3→Q2→Q1→Q4
→Q3と移動するときに、磁気検知器17にて漏
洩磁束34を検出した出力特性図である。縦軸は
磁気検知器17の出力電圧、横軸は磁気検知器1
7の回動角度位置である。曲線で表わされる角
度位置と出力電圧との関係に基づいて、出力電圧
から、磁気検知器17の角度位置、即ち被測定物
の回動角度の絶対位置が検出される。
第10図及び第11図は夫々本発明の第3実施
例になる回動角度位置検出装置の概略を示す斜視
図及び平面図である。本実施例は、磁気回路構造
体の外側への漏洩磁束を利用して、180度の範囲
の角度位置を検出しうるように構成してある。
両図中、磁気回路構造体40は、第1図及び第
2図の磁気回路構造体10と実質上同一であり、
半円形状の磁性部材41,42と、頂部を内周側
に向けて配された楔形状の永久磁石43,44と
よりなり、閉磁気回路を形成している。45は磁
性部材41,42内を通る磁束、46は磁気回路
構造体40の外側に漏洩した漏洩磁束である。こ
の漏洩磁束46は、前記の漏洩磁束16と同様に
永久磁石43,44から離れるにつれて弱まつた
ものとなる。
磁気検知器17は磁気回路構造体40の外周面
に近接しており、被測定物の回動に応じて矢印で
示すように漏洩磁束46を検出しつゝ磁性部材4
1の外周面に沿つて移動する。磁気検知器17よ
りの出力により、180度の検出範囲において磁気
検知器17の回動角度位置の絶対位置が検出され
る。
第12図及び第13図は夫々本発明の第4実施
例になる回動角度位置検出装置の概略を示す斜視
図及び平面図である。本実施例は、磁気回路構造
体の外側けの漏洩磁束を利用して、360度の範囲
の角度位置を検出しうるように構成してある。
両図中、磁気回路構造体50は、第6図及び第
7図の磁気回路構造体20と実質上同一であり、
略円環形状の磁性部材51と、頂部を内周側に向
けて配された楔形状の永久磁石52とよりなり、
閉磁気回路を形成している。53は磁性部材51
内を通る磁束、54は磁気回路構造体50の外側
に漏洩した漏洩磁束である。この漏洩磁束54
は、前記の漏洩磁束34と同様に永久磁石52か
ら離れるにつれて弱まつたものとなる。
磁気検知器17は磁気回路構造体50の外周面
に近接しており、被測定物の回動に応じて矢印で
示すように漏洩磁束54を検出しつゝ磁性部材5
1の外周面に沿つて移動する。磁気検知器17よ
りの出力により、360度の検出範囲において磁気
検知器17の回動角度位置の絶対位置が検出され
る。
上記の各実施例は、磁気回路構造体10,3
0,40,50が固定で、磁気検知器17が被測
定物の回動に応じて回動する構成であるが、これ
とは逆に、磁気検知器17を固定し、磁気回路構
造体10,30,40,50を回動可能に支持
し、磁気回路構造体10,30,40,50が被
測定物の回動に応じて回動する構成とすることも
できる。
また永久磁石13,14,32,43,44,
52が上記の楔形状に限るものでないのも勿論で
ある。
〔発明の効果〕
以上説明した如く、本発明によれば、回動する
被測定物の角度の絶対位置を非接触的に検出する
ことが出来、しかも構成を簡単とし得るという効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例になる回動角度
位置検出装置の概略を示す斜視図、第2図は該回
動角度位置検出装置を漏洩磁束と併せて示す平面
図、第3図は該漏洩磁束による磁界の強さを示す
図、第4図は前記第1実施例になる回動角度位置
検出装置の出力特性図、第5図は回動角度位置検
出装置の測定系を示す回路図、第6図は本発明の
第2実施例になる回動角度位置検出装置の概略を
示す斜視図、第7図は該回動角度位置検出装置を
漏洩磁束と併せて示す平面図、第8図は該漏洩磁
束による磁界の強さを示す図、第9図は前記第2
実施例になる回動角度位置検出装置の出力特性
図、第10図は本発明の第1の実施例になる回動
角度位置検出装置の概略を示す斜視図、第11図
は該回動角度位置検出装置を漏洩磁束と併せて示
す平面図、第12図は本発明の第1実施例になる
回動角度位置検出装置の概略を示す斜視図、第1
3図は該回動角度位置検出装置を漏洩磁束と併せ
て示す平面図、第14図は従来技術になるポテン
シヨメータの斜視図、である。 第1図、第2図、第6図、第7図、第10図乃
至第13図において、10,30,40,50は
磁気回路構造体、11,12,31,41,4
2,51は磁性部材、13,14,32,43,
44,52は永久磁石、15,33,45,53
は磁束、16,34,46,54は漏洩磁束、1
7は磁気検知器、18は軸、19は腕である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 永久磁石13,14,32,43,44,5
    2と磁性部材11,12,31,41,62,5
    1とよりなり、閉磁気回路を形成する実質的に円
    環形状の磁気回路構造体10,30,40,50
    と、 該磁気回路構造体10,30,40,50の該
    磁性部材11,12,31,41,42,51よ
    りの漏洩磁束16,34,46,54による磁界
    の強さと方向とを検知する磁気検知器17とより
    なり、 前記磁気検知器17が前記磁気回路構造体1
    0,30,40,50の円環の外周又は内周面に
    対向し、且つ該磁気検知器17と該磁気回路構造
    体10,30,40,50の一方が該磁気回路構
    造体10,30,40,50の円環の中心を回転
    中心として回転可能に設けられ、該磁気検知器1
    7の検知出力より回動角度位置を検出することを
    特徴とする回動角度位置検出装置。 2 前記磁気回路構造体30,50は、略円環状
    の磁性部材31,51と、円周方向に磁極を有し
    該磁性部材31,51と接続された単一の永久磁
    石32,52とよりなることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の回動角度位置検出装置。 3 前記磁気回路構造体10,40は、円周方向
    に磁極を有しその直径方向上両端に配された一対
    の永久磁石13,14,43,44と、夫々の両
    端で該永久磁石13,14,43,44を挟持す
    るように設けられた一対の半円形状の磁性部材1
    1,12,41,42とよりなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の回動角度位置検出
    装置。 4 前記永久磁石13,14,32,43,4
    4,45は楔形状であることを特徴とする特許請
    求の範囲第2項又は第3項記載の回動角度位置検
    出装置。
JP61009566A 1985-09-13 1986-01-20 回動角度位置検出装置 Granted JPS62168004A (ja)

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US06/906,027 US4810965A (en) 1985-09-13 1986-09-11 Position detecting apparatus using a magnetic sensor and a closed magnetic circuit with non-uniform magnetic flux distribution
DE8686112639T DE3668692D1 (de) 1985-09-13 1986-09-12 Positionsdetektor mit magnetischem sensor.
EP86112639A EP0215454B1 (en) 1985-09-13 1986-09-12 Position detecting apparatus utilizing a magnetic sensor

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