JPH07107486B2 - 回転ポジショナ - Google Patents

回転ポジショナ

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JPH07107486B2
JPH07107486B2 JP7264588A JP7264588A JPH07107486B2 JP H07107486 B2 JPH07107486 B2 JP H07107486B2 JP 7264588 A JP7264588 A JP 7264588A JP 7264588 A JP7264588 A JP 7264588A JP H07107486 B2 JPH07107486 B2 JP H07107486B2
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昇 若月
保 古川
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 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界を検知する磁気セ
ンサとを具えた回転ポジショナの構成に関し、 漏洩磁界を検知する磁気センサの検知出力を増大し安定
にさせる高性能化を目的とし、 磁性部材が、永久磁石から離れるに従って連続的に断面
積が減少する形状としたことを特徴とし、 並びに、磁気センサの磁気検出用磁性体パターンの内部
磁化方向が、検出角度範囲内において、漏洩磁界と同一
方向であることを特徴とし、 さらには、回転ポジショナを磁気シールド部材で覆った
ことを特徴とし構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、被測定物の回転角度を検出する回転ポジショ
ナに係わり、特には漏洩磁界と回転角度との対応関係を
利用した漏洩磁界型回転ポジショナに関する。
〔従来の技術〕
第9図は本出願人が昭和61年12月10日に出願した漏洩磁
界型の回転ポジショナ(特願昭61−292587)の主要構成
を示す斜視図である。
第9図において、回転ポジショナ1は円環形状の磁性部
材2の一部に永久磁石3を設けた閉磁路構造体4と、磁
性部材2からの漏洩磁界を検知する磁気センサ5と、円
板形状の磁性部材6と、磁気センサ5を支持するアーム
7が側方に突出する回転軸8を具え、磁性部材6と回転
軸8は磁性部材2の中心軸と同軸であり、磁気センサ5
は回転軸8の回転によって磁性部材2と磁性部材6との
間を回動自在である。
このような回転ポジショナ1は、磁性部材2の内側に生
じた漏洩磁界Mを磁気センサ5が検知し、漏洩磁界Mは
永久磁石3に近づくに連れて大きくなり、磁気センサ5
の検知出力もその回転角度に応じて変化するため、該検
知出力に基づいて回転軸8の回転角度を検出することが
できる。
第10図は回転ポジショナ1の出力特性の一例を示す図で
ある。永久磁石3に対し磁気センサ5が最も離れた位置
(第9図の矢印A方向の位置)を回転角度の原点(0
度)とし、回転軸8の回転角度(度)を横軸とし、漏洩
磁界Mの強さ(Oe;ただし磁気センサ5の出力より得た
計測値)を縦軸とした第10図において、磁気センサ5の
出力と回転軸8の回転角度とは一対一に対応し、永久磁
石3の近傍を除き良好な直線性を示すようになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
±150度に渡る広い回転範囲に適応する上記従来の回転
ポジショナ1は、例えば±60度のように狭く限定された
回転範囲で高精度に使用する用途に対し、該範囲におけ
る漏洩磁界Mの強さが強力な永久磁石3を使用するも不
十分であり、永久磁石3の極性によって方向性を有する
漏洩磁界Mに対し、予め一軸に磁化せしめた内部磁化Mi
を有する磁性体パターンを利用した磁気センサ5では、
その出力が最大となるように該磁性体パターンの磁化方
向を限定することが望ましいと共に、地磁気等の外部か
らの擾乱磁界に影響され難い構成が必要である。
なお、漏洩磁界型回転ポジショナにおいて、磁気センサ
の位置情報として発生する漏洩磁界は40Oe程度であり、
1Oeの外来磁界による漏洩磁界の変動があると、ポジシ
ョナの出力特性は2.5%程度変動し、±1%以下を目標
とした回転ポジショナの精度は達成困難である。
本発明は、FA用制御機器等における回転角度の測定用と
し、無摺動形,アナログ出力である回転ポジショナ、特
に従来より狭く限定された測定範囲における検出能力お
よび精度を高めると共に、検出出力を安定化せしめ、高
性能にすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1図(a),(b)は本発明の基本構成例を示す平面
図である。
第1図(a)の回転ポジショナ11は、円環形状の磁性部
材12の一部に永久磁石13を設けた閉磁路構造体14と、閉
磁路構造体14からの漏洩磁界Mを検知する磁気センサ15
とを具え、閉磁路構造体14または磁気センサ15の少なく
とも一方が閉磁路構造体14の中心軸Cを回転中心として
回転可能であり、磁気センサ15の検知出力に基づいてそ
の回転角度を検出する構成であり、 磁性部材12が、幅wの変化により永久磁石13から離れる
に従って連続的に断面積を減少する形状としたことを特
徴とする。
第1図(b)の回転ポジショナ21は、円環形状の磁性部
材22の一部に永久磁石23を設けた閉磁路構造体24と、閉
磁路構造体24からの漏洩磁界Mを検知する磁気センサ25
とを具え、閉磁路構造体24または磁気センサ25の少なく
とも一方が閉磁路構造体24の中心軸Cを回転中心として
回転可能であり、磁気センサ25の検知出力に基づいてそ
の回転角度を検出する構成とし、 磁気センサ25の磁気検出用磁性体パターンの内部磁化方
向Miが、検出角度範囲内において漏洩磁界Mと同一方向
に形成してなることを特徴とし、 さらに、前記回転ポジショナ11および21の少なくとも外
周を磁気シールド部材で覆ってなることを特徴とするも
のである。
〔作用〕
上記手段によれば、閉磁路構造体の断面積を永久磁石か
ら離れる方向に小さくすることによって、±30度または
±60度の如く限定した角度範囲の用途に対し、漏洩磁界
は直線性を損なうことなく該角度範囲で増加するため、
従来より高精度の測定が実現し、磁気センサに磁気検出
用磁性体パターンを利用したものを使用するときは、該
磁性体パターンの内部磁化方向を上記手段の如くして、
漏洩磁界の検出が効率的となる測定精度の向上および安
定化が図れるようになる。さらに、磁気シールド部材で
回転ポジショナを覆うことによって、外部からの擾乱磁
界に対し回転ポジショナを安定化させる。
〔実施例〕
以下に、図面を用いて本発明の実施例による回転ポジシ
ョナを説明する。
第2図は第1図(a)に示す本発明の第1の実施例にな
る回転ポジショナ、即ち永久磁石を設けた円環形状の磁
性部材の断面積を第1の手段によって減少させた回転ポ
ジショナの主要構成を示す斜視図である。
第1図(a)および第2図において、永久磁石13を一部
に設けた円環形状の磁性部材12は、外円の中心に対し内
円の中心が、永久磁石13と離れる方向(矢印Aと反対方
向)にずれた偏心円環形状、例えば外円の直径が30mm,
内円の直径が25mm,外円と内円の中心のずれが2mmである
偏心円環形状であり、そのことによって磁性部材12は、
永久磁石13から離れるに従って断面積が連続的に減少
し、永久磁石13より離れた領域の漏洩磁界Mは、該断面
積の減少に伴って従来の磁性部材2のそれより大きくな
る。
このような回転ポジショナ11は、例えば閉磁路構造体14
と、閉磁路構造体14の内円に対し同心に配設された円板
形状の磁性部材16とを固定したとき、L字形のアーム7
を介して回転軸8に支持せしめ磁性部材12と磁性部材16
との間に配設された磁気センサ15は、その位置に応じて
変化する漏洩磁界Mを検知し、該検知出力に基づいて回
転軸8の回転角度を検出することができる。
第3図は本発明の第2の実施例による回転ポジショナ、
即ち永久磁石を設けた円環形状の磁性部材の断面積を第
2の手段によって減少させた回転ポジショナの一部分を
破断した側面図(a)とその斜視図(b)である。
第3図に示す回転ポジショナ31において、円環形状の磁
性部材32の一部に永久磁石33を設けた閉磁路構造体34の
磁性部材32は、永久磁石33と離れる方向(矢印Aと反対
方向)に連続的に薄くなる円環形状であり、そのことに
よって磁性部材32は、永久磁石33から離れるに従って断
面積が連続的に減少し、永久磁石33より離れた領域の漏
洩磁界Mは、該断面積の減少に伴って従来の磁性部材2
のそれより大きくなる。
このような回転ポジショナ31は、例えば閉磁路構造体34
と、閉磁路構造体34の内円に対し同心に配設された円板
形状の磁性部材36とを固定したとき、L字形のアーム7
を介して回転軸8に支持せしめ磁性部材32と磁性部材36
との間に配設された磁気センサ35は、その位置に応じて
変化する漏洩磁界Mを検知し、該検知出力に基づいて回
転軸8の回転角度を検出することができる。
第4図は円環形状の磁性部材の断面積を連続的に減少せ
しめた回転ポジショナの出力特性の一例を示す図であ
る。
第2図に示す回転ポジショナ11を使用し、永久磁石13に
対し磁気センサ15が最も離れた位置(第1図の矢印A方
向の位置)を回転角度の原点(0度)とし、回転軸8の
回転角度(度)を横軸とし、漏洩磁界Mの強さ(Oe;た
だし磁気センサ15の出力より得た計測値)を縦軸とした
第4図において、磁気センサ15の出力と回転軸8の回転
角度とは、少なくとも回転角度±60度の範囲で一対一に
対応し、図中に実線で示すように良好な直線性を示す漏
洩磁界の強さは、図中に破線で示す従来の回転ポジショ
ナ1の漏洩磁界の約3倍程度になる。そして、このよう
な出力特性は回転ポジショナ31においてもほぼ同等であ
る。
第5図は磁気センサの磁性体パターンの内部磁化の変化
を説明するための図、第6図はバーバーポール型磁気抵
抗素子のパターン形状を示す平面図である。
第5図において、前出の磁気センサ15,35が内部磁化さ
れた磁性体パターンを利用したセンサ、例えばバーバー
ポール型磁気抵抗素子を利用したものであるとき、内部
磁化Miの方向と漏洩磁界Mの方向が一致すると(a)に
示すように内部磁化Miは変化しないが、内部磁化Miの方
向と漏洩磁界Mの方向が逆向きであると(b)に示すよ
うに内部磁化MiはMi′のように減磁される。
第6図において、バーバーポール型磁気抵抗素子は、シ
リコン等からなる基板にSiO2等からなる絶縁層を形成
し、該絶縁層の上につづら折り形状の磁性体パターン41
を形成し、次いで磁性体パターン41の長手方向に一軸磁
気異方性(内部磁化)Miを付与せしめたのち、Au等にて
なる導電膜42を一定間隔で斜めに形成してなる。
このような抵抗素子を利用した磁気センサは、磁性体パ
ターン41の内部磁化Miの方向と、導電膜42を流れる電流
iの成す角度θが、π/4+nπ(または7/4π−nπ)
(n=0、1‥‥)であれば、出力を増大させることが
できる。
そこで、第1図(b)に示すような第3の実施例の回転
ポジショナ21において、内部磁化された磁性体パターン
を利用した磁気センサ25が永久磁石22より最も離れた位
置で、内部磁化Miの方向と漏洩磁界Mの方向とが一致す
るように磁気センサ25を組み込むと、磁気センサ25から
の出力は、最大かつ±の回転方向に対し最も安定する。
第7図は外部からの擾乱磁界(外来磁界)を遮断する回
転ポジショナの構成例を示すため一部分を破断した側面
図である。
第7図(a)において、回転ポジショナ11(または21,3
1)の外周を覆う筒形状の磁気シールド部材51は、6.5%
珪素鋼やアモルファス金属およびパーマロイ等の磁性材
料にてなり、その高さhは回転ポジショナ11の厚さtよ
りも10倍程度に大きく、例えば外径が30mmである回転ポ
ジショナ11の厚さ寸法がtであるときh=10t程度に形
成する。
第7図(b)において、回転ポジショナ11(または21,3
1)を覆う筐体形状の磁気シールド部材52は、6.5%珪素
鋼やアモルファス金属およびパーマロイ等の磁性材料に
てなり、回転ポジショナ11の外周と上面および下面を外
部からの擾乱磁界から保護するようになる。
このような磁気シールド部材51および52において、回転
ポジショナの磁性部材12(または22,32)の透磁率μが2
00程度であるとき、磁気シールド部材51,52は透磁率μ
が50000以上の磁性材料を使用し、磁気シールド部材51,
52が固定されるときその磁気回路は動磁気回路となるた
め、保磁力Hcが0.01Oe以下の材料を使用することが望ま
しく、磁気シールド部材51,52が漏洩磁界Mに影響しな
いようにするため、磁性部材12と磁気シールド部材51,5
2とは4mm以上離す必要がある。
第8図は本発明による磁気シールド部材の効果を説明す
るための図であり、横軸は擾乱磁界Hex(Oe)、縦軸は
回転ポジショナ内の設定点における漏洩磁界Mの測定値
(Oe)であり、0〜40Oeの擾乱磁界Hexを付与したと
き、本発明による磁気シールド部材52を具えた回転ポジ
ショナは、予め設定した定点における漏洩磁界Mが一定
値を保つのに対し、磁気シールドを具えない回転ポジシ
ョナは、擾乱磁界Hexの影響を受けて磁界測定値が変化
するようになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、閉磁路構造体の断
面積を永久磁石から離れる方向に小さくすることによっ
て、±30度または±60度の如く限定した角度範囲の用途
に対し、漏洩磁界は直線性を損なうことなく該角度範囲
で増加するため、従来より高精度の測定が実現し、磁気
センサに磁気検出用磁性体パターンを利用したものを使
用するときは、該磁性体パターンの内部磁化方向を上記
手段の如くして、漏洩磁界の検出が効率的となり測定精
度の向上および安定化が図れるようになる。さらに、磁
気シールド部材で回転ポジショナを覆うことによって、
外部からの擾乱磁界に対し回転ポジショナを安定化させ
た効果がある。
その結果、FA用制御機器等における回転角度の測定用と
し、無摺動形,アナログ出力である回転ポジショナの検
出精度を高めると共に、検出出力を安定化せしめ、高性
能化が実現された。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構成例を示す平面図、 第2図は本発明の第1の実施例になる回転ポジショナ、 第3図は本発明の第2の実施例による回転ポジショナ、 第4図は本発明による回転ポジショナの出力特性の一
例、 第5図は磁気センサの内部磁化の変化の説明図、 第6図はバーバーポール型磁気抵抗素子のパターン形
状、 第7図は磁気シールド部材を具えた本発明の実施例、 第8図は磁気シールド部材の効果の説明図、 第9図は従来の回転ポジショナ、 第10図は従来の回転ポジショナの出力特性の一例、 である。 図中において、 11,21,31は回転ポジショナ、 12,22,32は磁性部材、 13,23,33は永久磁石、 14,24,34は閉磁路構造体、 15,25,35は磁気センサー、 51,52は磁気シールド部材、 Cは回転中心、 Mは漏洩磁界、 Miは内部磁化、 を示す。
フロントページの続き (72)発明者 倉島 茂美 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 若月 昇 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 古川 保 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 石橋 誠 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−145903(JP,A) 特開 昭62−229002(JP,A) 実開 昭61−195407(JP,U) 特公 昭40−9468(JP,B1)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円環形状の磁性部材(12)の一部に永久磁
    石(13)を設けた閉磁路構造体(14)と、 該閉磁路構造体(14)からの漏洩磁界(M)を検知する
    磁気センサ(15)とを具え、 該閉磁路構造体(14)または該磁気センサ(15)の少な
    くとも一方が該閉磁路構造体(14)の中心軸(C)を回
    転中心として回転可能であり、該磁気センサ(15)の検
    知出力に基づいてその回転角度を検出する回転ポジショ
    ナにおいて、 該磁性部材(12)が、該永久磁石(13)から離れるに従
    って連続的に断面積を減少する形状としたことを特徴と
    する回転ポジショナ。
  2. 【請求項2】円環形状の磁性部材(22)の一部に永久磁
    石(23)を設けた閉磁路構造体(24)と、 該閉磁路構造体(24)からの漏洩磁界(M)を検知する
    磁気センサ(25)とを具え、 該閉磁路構造体(24)または該磁気センサ(25)の少な
    くとも一方が該閉磁路構造体(24)の中心軸(C)を回
    転中心として回転可能であり、該磁気センサ(25)の検
    知出力に基づいてその回転角度を検出する回転ポジショ
    ナにおいて、 該磁気センサ(25)の磁気検出用磁性体パターンの内部
    磁化(Mi)方向が、検出角度範囲内において、該漏洩磁
    界(M)と同一方向であることを特徴とした回転ポジシ
    ョナ。
  3. 【請求項3】前記請求項1または2記載の前記回転ポジ
    ショナの少なくとも外周を磁気シールド部材(51,52)
    で覆ってなることを特徴とする回転ポジショナ。
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