JPH08304011A - 磁気式角度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 温度変動によらず常に高精度に回転体の角度
位置を検出できる磁気式角度センサを提供する。 【構成】 被検知体１の回転に応動する回転体２と、回
転体を囲繞し、かつ少なくとも１つの検出用磁気ギャッ
プ７を含む固定磁路を形成する固定磁路形成手段４と、
回転体に応動して固定磁路に沿って移動自在な可動磁路
を形成し、検出用磁気ギャップを各々が含む一対の可変
長閉磁路を形成する可動磁路形成手段５と、検出用磁気
ギャップに配置された磁束密度検出手段８と、可変長閉
磁路に各々鎖交した一対の励磁コイル９ａ、９ｂと、か
らなる磁気式角度センサにおいて、検出用磁気ギャップ
内の磁束密度が略零となるような励磁電流が各励磁コイ
ルに流れるときの励磁コイルを含む電流路の中間点の電
位を回転体の位置を表す位置信号として生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】内燃エンジンのスロットルポジシ
ョンセンサ（ＴＰＳ）等の回転体の角度変位を検出する
磁気式角度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】ホール素子を利用して、被検知体の回転
角度に比例したセンサ出力を得る磁気式角度センサが、
特開平５−２６６１０号公報に開示されている。上記公
報に記載された磁気式角度センサは、スロットルバルブ
に連動して回転するスロットルシャフトと一体的に回動
するように、その回転面上に一対の永久磁石を対向配置
し、さらに、この一対の永久磁石間でスロットルシャフ
トの軸線上に一つのホール素子を配置したものとなって
いる。

【０００３】これによれば、一対の永久磁石がスロット
ルシャフトの回転軸を挟んで磁気回路を形成する。そし
て、その形成された磁気回路の磁界方向は、スロットル
シャフトの回転角度に応じて変化することになる。従っ
て、かかる一対の永久磁石間に設けられたホール素子を
通過する磁束の変化を検出して、スロットルの開度を検
出できるというものである。

【０００４】また、シャフトの回転軸を中心とする円弧
上に沿って一対の円弧状永久磁石を並設し、これら円弧
状永久磁石から回転軸の軸線方向に離間した位置に一つ
のホール素子を配置して、かかる一対の円弧状永久磁石
によって形成される磁気回路の磁界の方向を検出するこ
とにより、アイドル運転状態を検出できるというもので
ある。

【０００５】これらの磁気式位置センサはいずれも、一
つの磁気回路内に一つのホール素子を配置して、かかる
磁気回路内の磁界の変化等を検出する構造となってい
る。しかしながら、ホール素子は動作温度の変動によ
り、検出感度及び検出出力のオフセット値が変動し、か
かる感度やオフセットの変動は、そのままセンサ出力の
精度に影響を及ぼすという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
に鑑み、本願発明の目的とするところは、温度変動によ
らず常に高精度に回転体の角度位置を検出できる磁気式
角度センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した本発明の磁気式
位置センサは、被検知体の回転に応動する回転体と、前
記回転体を囲繞しかつ少なくとも１つの検出用磁気ギャ
ップを含む固定磁路を形成する固定磁路形成手段と、前
記回転体に応動して前記固定磁路に沿って移動自在な可
動磁路を形成し、前記検出用磁気ギャップを各々が含む
１対の可変長閉磁路を形成する可動磁路形成手段と、前
記検出用磁気ギャップに配置された磁束密度検出手段
と、前記可変長閉磁路に各々鎖交した一対の励磁コイル
と、前記磁束密度検出手段の検出出力に応じて、前記検
出用磁気ギャップの磁束密度を略零とすべく、前記励磁
コイルの励磁電流を供給する励磁電流供給手段と、前記
励磁電流の比に応じた信号を前記回転体の位置を表す位
置信号として生成する電流比検出手段と、からなり、前
記励磁電流供給手段は、前記一対の励磁コイルを直列に
含む単一の電流路と、前記電流路に定電圧を供給する定
電圧供給手段と、前記電流路中の前記励磁コイルに挟ま
れる中間点に前記磁束密度検出手段の検出出力に応じた
付加電流を供給する付加電流供給手段とからなり、前記
電流比検出手段は、前記中間点の電位を前記位置信号と
するからなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】検出用磁気ギャップ内の磁束密度が略零となる
ような励磁電流が各励磁コイルに流れるときの励磁コイ
ルを含む電流路の中間点の電位は、可変長磁路の長さに
応じて変化するので、当該電位が回転体の位置に応じて
変化するのである。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照しつつ本発明による磁
気式角度センサを詳細に説明する。図１及び図２に、本
発明に係る磁気式角度センサの一実施例を示す。図１
は、当該磁気式角度センサの平面図を示し、図２は、図
１のＢ−Ｂ断面図を夫々示している。

【００１０】本図に示される磁気式角度センサにおいて
は、例えばエンジンのスロットシャフトに応動する被検
知体である回転シャフト１は回転軸Ｃを中心に回転す
る。回転シャフト１には、回転体である扇形状の可動磁
性部材２がネジ１ａ等の結合手段によって結合されてい
る。かかる可動磁性部材２は、回転シャフト１と一体に
回動する。

【００１１】可動磁性部材２を狭い間隙３を介して囲繞
し、環状部を形成する環状の固定磁路部材４は、第１の
閉磁路を形成する第１磁路形成手段として作用する。固
定磁磁性部材４は、他の部分に比して半径方向の厚さを
小さくした磁気抵抗部４ａを含んでいる。かくの如く半
径方向の厚さを小さくするすると、磁束の通過する断面
積が小となるのでかかる部分の単位長当たりの磁気抵抗
が大となり、可動磁性部材２の単位角度Δθ当たりの回
転に対する閉磁路の磁気抵抗変化ΔＲがより大きくなる
ので、回転角度の検出精度がより高くなる。

【００１２】固定磁性部材４の厚肉とした部分の内周壁
４bbには、磁気抵抗部４ａの内周壁４aaに向かって伸張
する固定分岐磁性部材５の一端が固着されている。そし
て、固定分岐磁性部材５は、一端が固定磁性部材４に固
着した部分５ａと、先端部が略円形頭部となっている部
分５ｂとに分割されており、両部分の互いに対向する端
面間には検出用磁気ギャップ７が形成されている。固定
磁性部材４は検出用磁気ギャップ７の中心及び回転軸Ｃ
を通る中心線Ｂ−Ｂに対して均質対称形となるのが好ま
しい。

【００１３】固定分岐磁性部材５の他端すなわち前記略
円形頭部の近傍に回転中心軸Ｃが存在している。尚、固
定分岐磁性部材５の一端は、固定磁性部材４に固着して
いるが、固定分岐磁性部材５ａと固定磁性部材４とは一
体に成型されることも考えられる。そして、検出用磁気
ギャップ７には磁束密度検出手段としてのホール素子８
が配置されている。固定分岐磁性部材５及び検出用磁気
ギャップ７は、可動磁性部材２と共に上記第１の閉磁路
を２つの可変長閉磁路に分岐せしめる第２磁路形成手段
として作用する。

【００１４】固定磁性部材４には一対のコイル９ａ、９
ｂが、夫々巻回配置され上記２つの可変長閉磁路に各々
鎖交している。コイル９ａ及び９ｂは、中心線Ｂ−Ｂに
対称な位置に配置されるのが好ましい。尚、固定分岐磁
性部材５ｂの円形頭部の中心は固定磁性部材４の円弧中
心と略一致しており、さらに、可動磁性部材の回転中心
Ｃとも略一致しているのが好ましい。そして、固定磁性
部材４が可動磁性部材２の先端の可動軌跡に沿って延在
しているのが好ましい。

【００１５】そして、２つの励磁コイル９ａ，９ｂは、
単一の電流路内において互いに直列に接続されており、
前記励磁コイル９ａ及び９ｂを含む電流路には、定電圧
印加手段としての直流電源１０による直流電圧Ｖdが印
加されている。従って、励磁コイル９ａ及び９ｂの電流
路には励磁電流が供給され、励磁コイル９ａ及び９ｂに
より各々磁束が生成される。各々の磁束が固定分岐磁性
部材５において相殺する方向、例えば矢印Ｓ１及びＳ２
方向に夫々流れるようにコイル９ａ及び９ｂの巻き方が
選定されている。

【００１６】コイル９ａ及び９ｂは、制御回路１１に接
続されている。制御回路１１には、ホール素子８の検出
信号が供給され、制御回路１１は、かかる検出信号に基
づいて、検出用磁気ギャップ７を通過する磁束密度を略
零とすべくコイル９ａ及び９ｂに供給される励磁電流を
制御するのである。かかる制御により励磁コイル９ａ及
び９ｂの起磁力が調整され、可動磁性部材２の角度位置
を表す信号が出力端子から得られる。

【００１７】図１の制御回路１１の具体的な構成を図３
に示す。図３において、直流電源Ｖccにより給電される
ホール素子８は、これを貫く磁束密度に応じて差動出力
するものであり、検出用磁気ギャップ７に生じた磁束密
度に応じたレベルの正側検出信号及び負側検出信号を演
算増幅器ＯＰ１の正相入力端子及び逆相入力端子に夫々
に供給する。演算増幅器ＯＰ１は、これらの検出信号を
差動増幅した信号を制御電圧としてする出力する。演算
増幅器ＯＰ１の出力端は、励磁コイル９ａ及び９ｂの直
列回路の接続点Ｄに接続されている。励磁コイル９ａ及
び９ｂの直列回路には、直流電源１０よりの定電圧Ｖｄ
が印加されるとともに、接続点Ｄに制御電圧が供給され
て、励磁コイル９ａ及び９ｂに流れる励磁電流が制御さ
れることとなり、励磁コイル９ａ及び９ｂにより生成さ
れる磁束の大きさが調整される。

【００１８】次に、かかる磁気式角度センサの詳しい動
作を説明する。コイル９ａ，９ｂは、直流電源１０によ
って励磁されると、夫々磁束を発する。励磁コイル９ａ
から発せられた磁束は、矢印Ｓ１に示す如く、固定磁性
部材４固定分岐磁性部材５ａ、検出用磁気ギャップ７、
固定分岐磁性部材５ａ、及び可動磁性部材２で形成され
る閉磁路Ｓ１を経由して再びコイル９ａに再び戻る。一
方、コイル９ｂから発せられた磁束は、矢印Ｓ２に示す
如く、固定磁性部材４、可動磁性部材２、固定分岐磁性
部材５ａ、検出用磁気ギャップ７、及び固定分岐磁性部
材５ｂで形成される閉磁路Ｓ２を経由して再びコイル９
ｂに戻る。

【００１９】ところで、検出用磁気ギャップ７には、励
磁コイル９ａから発せられた磁束と励磁コイル９ｂから
発せられた磁束とが互いに打ち消しあう方向に流れてい
る。ここで、検出用磁気ギャップ７の磁束密度の大きさ
は、可動磁性部材２の先端部と固定磁性部材４ａの対向
しない部分の長さを夫々Ｌ１、Ｌ２とした場合、かかる
Ｌ１とＬ２との差は、可動磁性部材の移動量即ち回転位
置を表すことになる。そして、検出磁気ギャップ７の磁
束密度は、かかるＬ１とＬ２との差に比例することにな
る。従って、検出磁気ギャップ７の磁束密度は、可動磁
性部材２の回転位置等を表すことになり、かかる磁束密
度を略零とする励磁電流を励磁コイル９ａ及び９ｂに流
すべく励磁コイル９ａ及び９ｂの直列回路の接続点Ｄに
印加される制御電圧の大きさは、可動磁性部材２の回転
位置に相当する故、かかる制御電圧をセンサ出力として
検出すれば、可動磁性部材２の移動量即ち回転位置を知
ることができるのである。

【００２０】即ち、制御電圧ＶCは、励磁コイル９ａ及
び９ｂのインピーダンスの大きさが等しいとした場合、
励磁コイル９ａ及び９ｂに流れる励磁電流を夫々Ｉ１及
びＩ２とすると、下記数式１の如く表される。

【００２１】

【数１】 ＶC＝Ｖd×｛Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）｝ ……（１） 上記数式１より明らかな如く、励磁コイル９ａ及び９ｂ
から発せられる磁束の大きさは、励磁電流に比例するこ
とになるので、制御電圧ＶC検出すれば、可動磁性部材
２の位置を知ることができるのである。

【００２２】そして、接続点Ｄの出力即ちセンサ出力は
図示せぬ後段の検出回路に導かれ、かかる検出回路は、
センサ出力から可動磁性部材２の位置若しくは回転角度
を得ることになる。かかる構成によれば、ホール素子に
よって検出される磁束密度が常に略零となるように励磁
コイル９ａ及び９ｂからの磁束が打ち消し合うので、ホ
ール素子の温度特性にあまり影響されず常に安定した高
精度なセンサ出力を得ることが可能となる。また、励磁
コイルを直列に接続して、両端間に定電圧を印加する構
成である故、単一の電源回路により２つの励磁コイルを
励磁することが可能となり、コストが安くなる。

【００２３】図４は、図１の制御回路のより実用的な構
成を示すものである。図３と同一の機能を有する部分
は、同一の符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
図４において、直流電源ＶCCにより給電されるホール素
子８は、差動出力するものであり、検出用磁気ギャップ
７に生じた磁束密度に応じたレベルの正側検出信号及び
負側検出信号を出力する。

【００２４】ホール素子８の正側及び負側出力端は、抵
抗Ｒ３及びＲ４を介して演算増幅器ＯＰ２の逆相及び正
相入力端子に夫々接続されている。演算増幅器ＯＰ２
は、ホール素子の正側出力電圧、抵抗Ｒ３、及びＲ２で
定まる逆相入力電圧ＶＡと、電源電圧ＶCCを抵抗Ｒ１及
びＲ２で分圧した基準電圧Ｖｒと、ホール素子８の負側
出力電圧との差電圧を、抵抗Ｒ４及びＲ５によって分圧
した正相入力電圧ＶＢとの差電圧を反転増幅した信号を
演算増幅器ＯＰ３の正相入力端子に供給する。演算増幅
器ＯＰ３の出力端からは供給された入力信号と同位相の
信号が出力され、その出力端は、コンデンサＣ１及び抵
抗Ｒ７を介して逆相入力端子に接続されて積分回路を構
成している。トランジスタＴＲ１とトランジスタＴＲ２
とのエミッタ同士が互いに接続されており、トランジス
タＴＲ１のコレクタには直流電源ＶCCが供給され、トラ
ンジスタＴＲ２のコレクタは接地されていわゆるプッシ
ュプル増幅器を構成している。両トランジスタのベース
には演算増幅器ＯＰ２の出力端が抵抗Ｒ８を介して接続
されている。トランジスタＴＲ１及びＴＲ２の接続点Ｆ
は、コイル９ａ及びコイル９ｂの直列回路の接続点Ｄに
接続されている。両トランジスタのベースには、演算増
幅器ＯＰ３よりの出力信号が抵抗Ｒ８を介して供給され
る。トランジスタＴＲ１及びＴＲ２からなるプッシュプ
ル増幅器は、かかる出力信号を増幅し、接続点Ｆより導
出される信号を制御電圧として次段のコイル９ａ及び９
ｂの直列回路の接続点Ｄに供給する。コイル９ａ及び９
ｂの直列回路には定電圧Ｖｃｃが供給されており、接続
点Ｄに印加される制御電圧により励磁コイル９ａ及び９
ｂの各々に供給される励磁電流が調整される。即ち、励
磁コイル９ａ及び９ｂの起磁力が調整されることにな
る。

【００２５】そして、接続点Ｄの出力即ちセンサ出力は
図示せぬ後段の検出回路に導かれ、かかる検出回路は、
センサ出力から可動磁性部材２の角度位置信号を得るこ
とになる。図５及び図６に、本発明の磁気式角度センサ
の他の実施例を示す。図５は、当該磁気式角度センサの
平面図を示し、図６は、図５のＢ−Ｂ断面図を夫々示し
ている。

【００２６】図１及び図２の磁気式角度センサと同一機
能を有する部分は、同一符号を付し、かかる部分の説明
を省略する。図５に示される磁気式角度センサは、固定
磁性部材４の脚部端面間に付加磁気ギャップ６を設けた
構成とする。前記した以外の構成は、図１に示される磁
気式角度センサと同一の構造を有する。

【００２７】次に、かかる磁気式位置センサの動作を説
明する。励磁コイル９ａ，９ｂは、直流電源１０によっ
て励磁されると、夫々磁束を発する。励磁コイル９ａか
ら発せられた磁束は、矢印Ｓ１に示す如く、固定磁性部
材４、固定分岐磁性部材５ａ、検出用磁気ギャップ７、
固定分岐磁性部材５ｂ、及び可動磁性部材２で形成され
る閉磁路Ｓ１を経由して再びコイル９ａに再び戻る。一
方、コイル９ｂから発せられた磁束は、矢印Ｓ２に示す
如く、固定磁性部材４、固定分岐磁性部材５ｂ、検出用
磁気ギャップ７、及び固定分岐磁性部材５ａ、及び可動
磁性部材２で形成される閉磁路Ｓ２を経由して再びコイ
ル９ｂに戻る。例えば、可動磁性部材２が励磁コイル９
ａ側に回転した場合は、Ａ１が大となる一方、Ａ２が小
となる。従って、矢印Ｓ１方向に流れる磁束が強くなる
のに対して、矢印Ｓ２方向の磁束が弱くなる。

【００２８】ところで、検出用磁気ギャップ７において
は、励磁コイル９ａから発せられた磁束と励磁コイル９
ｂから発せられた磁束とが互いに打ち消しあう方向に流
れている。ここで、可動磁性部材２の先端部の付加磁気
ギャップ６を挟む固定磁性部材４に対向する部分の面積
を夫々Ａ１、Ａ２とすると、面積Ａ１と面積Ａ２との差
は、可動磁性部材１の回転位置に対応する。そして、か
かる面積Ａ１と面積Ａ２との差に比例した磁束が検出用
磁気ギャップ７に生ずることになる。従って、検出磁気
ギャップ７の磁束密度は、可動磁性部材２の回転角度位
置等を表すことになる。そして、制御回路１１は、図３
若しくは図４に示したものと同一の回路構成を有して、
励磁コイル９ａ及び９ｂの励磁電流を調整して検出磁気
ギャップ７の磁束密度を略零とし、可動磁性部材２の回
転位置を示す位置信号を生成するのである。

【００２９】次に、図７に、本発明の磁気式位置センサ
の他の実施例を示す。尚、図１及び図５の磁気式角度セ
ンサと同一符号が付されている部分は同図に示した磁気
式位置センサと同等な機能を有する部分であり、かかる
部分の説明は省略する。図７に示される磁気式角度セン
サにおいては、例えばエンジンのスロットルシャフトに
連動する被検知体である非磁性材料から成る回転シャフ
ト１は回転軸Ｃを中心に回転する。回転シャフト１の外
周には円筒若しくは円環状の可動磁性部材２が配置さ
れ、さらに、可動磁性部材２には、環状のマグネット１
２が外嵌している。可動磁性部材２及び環状マグネット
１２は、回転シャフト１に対して接着剤等により固定さ
れており、これらは回転シャフト１と一体に回転運動を
なし、全体として環状の回転体を形成する。

【００３０】環状マグネット１２は、回転軸Ｃに対する
横方向例えば半径方向に着磁された磁区が円周方向に分
布する半円環状断面を有する２つの半円環体のマグネッ
ト１２ａ及び１２ｂが互いに連結されて構成される。そ
して、マグネット１２ａの磁極は外周側がＮ極、内周側
がＳ極となり、マグネット１２ｂは、外周側がＳ極、内
周側がＮ極となっており全体として回転軸Ｃをよぎる方
向に磁化された環状マグネット１２となっている。

【００３１】間隙３を介して半円環状断面を有する一対
の半円環体状の固定磁性部材４ａ及び４ｂがマグネット
１２ａ及び１２ｂを囲繞している。固定磁性部材４ａ及
び４ｂは、好ましくは均質対称形となっている。尚、回
転中心Ｃは、固定磁性部材４ａ及び４ｂの円弧中心と略
一致しているのが好ましい。そして、固定磁性部材４ａ
及び４ｂの両脚端面は互いに対向して一対の付加磁気ギ
ャップ６ａ及び６ｂを形成している。好ましくは、磁気
ギャップ６ａ及び６ｂは、回転中心Ｃを通る面（センサ
の中心線Ｂ−Ｂ）に沿って形成される。

【００３２】そして、固定磁性部材４ａ、４ｂは付加磁
気ギャップ６ａ，６ｂを含む固定磁路を形成する第１磁
路形成手段を構成する。更に、一方の固定磁性部材４ａ
の外周半円弧の略中央部には、固定磁性部材４ａから延
長した磁路を導くための長手状の固定磁性部材１３ａの
一端が連結されている。同様に、他方の固定磁性部材４
ｂの外周半円弧の略中央部にも、固定磁性部材４ｂから
延長された磁路を導くための長手状の固定磁性部材１３
ｂの一端が連結されている。かかるかる一対の長手状の
固定磁性体１３ａ及び１３ｂの他端の端面間には検出用
磁気ギャップ７が形成されている。そして、長手状の固
定磁性部材１３ａ、１３ｂ及び検出用磁気ギャップ７
は、第２の固定磁路を形成するための第２磁路形成手段
を構成する。

【００３３】そして、検出用磁気ギャップ７にはホール
素子８が配置されており、一対の長手状の固定磁性部材
１３ａ及び１３ｂには、一対の励磁コイル９ａ及び９ｂ
が巻回配置されている。励磁コイル９ａ及び９ｂの各々
には制御回路１１から検出用磁気ギャップ７の磁束密度
を略零とするような励磁電流が供給される。制御回路１
１の具体例を図８に示している。この回路は励磁コイル
９ａ及び９ｂに直列に抵抗Ｒ９及びＲ１０を接続した点
以外は、図３の回路と同一の構成である。

【００３４】次に、この磁気式位置センサの詳しい動作
を説明する。いま、図示の如くマグネットの中心とセン
サの中心線Ｂ−Ｂとが略一致する場合、概ね点線で示さ
れるような磁束の分布となる。すなわち、マグネット１
２ａからでた磁束が固定磁性部材４ａを通ってマグネッ
ト１２ｂへ戻るループと、マグネット１２ａから出た磁
束が固定磁性部材４ｂを通ってマグネットへ戻るループ
との２つの磁路を生じる。この時、図示の如くマグネッ
ト１２ａ及び１２ｂの中心と固定磁性部材４の中心とが
略一致する場合は、上述の２つの磁路のみに磁束が流
れ、付加磁気ギャプ６ａ及び６ｂに磁束はほとんど流れ
ない。従って、制御回路１１の演算増幅回路ＯＰ１の出
力電圧は零である。

【００３５】この状態から回転体（可動磁性部材２、環
状マグネット１２及び回転シャフト１）が回転し、回転
体と固定磁性部材４とにおける相対的変位が生じると、
その変位量に応じて各ギャップに磁束が流れることにな
る。即ち、例えば、マグネット１２ａの固定磁性部材４
ａに対向する面積とマグネット１２ｂの固定磁性部材４
ａに対する面積とに差が生じるとともに、マグネット１
２ａの固定磁性部材４ｂに対向する面積とマグネット１
２ｂの固定磁性部材４ｂに対向する面積とにも同様の差
が生じる。このとき、ガウスの定理により、固定磁性部
材４ａ及び４ｂに流入する磁束の総和と、固定磁性部材
４ａ及び４ｂから流出する磁束の総和と同じになるた
め、２つのマグネット１２ａ，１２ｂの１つの固定磁性
部材に対向する各面積の差即ちマグネットの移動量に応
じて生じる磁束は、付加磁気ギャップ６ａ及び６ｂを通
って１つの半円環体状の固定磁性部材からそれに相対す
る半円環体状の固定磁性部材に導かれると共に、長手状
の固定磁性部材１３ａ、１３ｂ、及び検出用磁気ギャッ
プ７よりなる第２閉磁路にも流れることになる。従っ
て、回転体の移動量即ち回転量に応じた磁束が検出用磁
気ギャップ７を流れることになり、かかる検出用磁気ギ
ャップ７に生じる磁束密度を略零とするように励磁コイ
ル９ａ及び９ｂの直列回路の接続点Ｄに印加される制御
電圧の大きさは、回転体の回転位置に相当する故、かか
る制御電圧をセンサ出力として検出すれば、回転体の移
動量即ち回転位置を知ることができるのである。

【００３６】尚、図８の制御回路１１は、前記した図４
と同一の構成とすることもできる。ところで、起磁力源
であるマグネット及び励磁コイルは、温度により変動す
るという問題がある。以下に、励磁コイル及びマグネッ
トの起磁力の温度依存特性の一例を示す。例えば、銅コ
イル線材の抵抗変化率は、＋０．４（％／℃）でああ
る。そして、フェライト磁石及びサマリウム・コバルト
磁石の起磁力変化率は、夫々−０．４（％／℃）及び−
０．０４（％／℃）である。

【００３７】上記したことから明らかなように、フェラ
イト磁石及びサマリウム・コバルト磁石は温度上昇に伴
って、起磁力が低下することを示している。それに対し
て、銅コイル線材は、温度上昇に伴って抵抗が上昇する
ことを示している。かかる起磁力等の温度変動は、その
ままセンサの検出精度を悪化させる原因になる。かかる
問題は、抵抗Ｒ９及びＲ１０の値を選定することにより
解決できるのである。

【００３８】ここで、電源電圧をＶdとし、接続点Ｄに
印加される制御電圧をＶCとし、励磁コイル９ａ及び９
ｂの抵抗の大きさを共にＲａとし、電気抵抗Ｒ９及びＲ
１０の抵抗の大きさを共にＲとし、及び励磁コイル９ａ
及び９ｂに流れる電流を夫々Ｉ１、Ｉ２とすれば、励磁
コイルの起磁力とバランスして磁気ギャップ内の磁束を
ゼロとするためには、マグネット１２ａ及び１２ｂによ
って検出磁気ギャップ７内に磁束を生起させる起磁力Ｆ
に対して、下記（２）式が成立すべきである。

【００３９】

【数２】Ｆ＝Ｋ（Ｉ１−Ｉ２） ……（２） ここで、Ｋは励磁コイル９ａ、９ｂの巻き数に対応す
る。上記（２）式は、検出磁気ギャップ７でのマグネッ
ト１２ａ，１２ｂによる起磁力Ｆに対抗して磁気ギャッ
プ７内での磁束をゼロとするための励磁コイルによる起
磁力が励磁コイル９ａ及び９ｂに流れる電流の差に比例
することを示している。そして、コイルに流れる電流Ｉ
１，Ｉ２は、下記（３）式及び下記（４）式の如く夫々
表すことができる。

【００４０】

【数３】 Ｉ１＝（Ｖd−ＶC）／（Ｒａ＋Ｒ） ……（３）

【００４１】

【数４】Ｉ２＝ＶC／（Ｒａ＋Ｒ） ……（４） 上記（３）式及び（４）式を上記（２）式に代入する
と、下記数式５が導出される。

【００４２】

【数５】 ＶC＝（１／２）・Ｖd−（１／２）・（Ｒａ＋Ｒ）・（Ｆ／Ｋ）……（５） 上記（５）式より明らかなように、制御電圧Ｖcは、検
出磁気ギャプ７の磁束の大きさＦに比例する。また上記
した如く、一般に、マグネットは温度上昇に伴って、起
磁力が低下するのに対してコイルは、温度上昇に伴って
抵抗が上昇する。

【００４３】ここで、上記（５）式を微分すると、下記
（６）式が導出される。

【００４４】

【数６】 ΔＶ＝（−１／２Ｋ）・｛（Ｒａ＋Ｒ）ΔＦ＋Ｆ・ΔＲａ｝ ……（６） 今、温度変化により、Ｆ，Ｒａの変化分ΔＦ、ΔＲａが
発生したとき出力Ｖの変化ΔＶが０となるためには、下
記（７）式が成立しなければならない。

【００４５】

【数７】 （Ｒａ＋Ｒ）ΔＦ＋Ｆ・ΔＲａ＝０ ……（７） 上記（７）式を下記（８）式の如く変形する。

【００４６】

【数８】 （ΔＦ／Ｆ）＋（ΔＲａ／Ｒａ＋Ｒ）＝０ ……（８） 上記（８）式を更に、下記（９）式の如く変形する。

【００４７】

【数９】 （ΔＦ／Ｆ）＋［（ΔＲａ／Ｒａ）／｛１＋（Ｒ／Ｒａ）｝］＝０ ……（９） ここで、（ΔＦ／Ｆ）＝Ｙ、（ΔＲ／Ｒａ）＝Ｘとし
て、これらを上記（９）式に代入すると、下記（１０）
式が導出される。

【００４８】

【数１０】 Ｙ＋［Ｘ／｛１＋（Ｒ／Ｒａ）｝］＝０ ……（１０） 上記（１０）式を満たすように、Ｒ／Ｒａを設計するの
である。例えば、銅コイル線材及びフェライト磁石を用
いると、Ｘ＝０．０００４（０．４％／℃）、Ｙ＝−
０．００４（−０．４％／℃）であるから、−０．００
４＋［０．００４／｛１＋（Ｒ／Ｒａ）｝＝０となり、
Ｒ／Ｒａ＝０である故、Ｒ＝０となる。

【００４９】また、銅コイル線材及びサマリウム・コバ
ルト磁石を用いた時、Ｘ＝０．００４（０．４％／
℃）、Ｙ＝−０．０００４（−０．０４％／℃）である
から、−０．０００４＋［０．００４／｛１＋（Ｒ／Ｒ
ａ）｝＝０とすれば、Ｒ／Ｒａ＝９となる。よって、Ｒ
／Ｒａを選定することによって、温度補償が達成される
のである。

【００５０】また、上記実施例等では、密度検出手段と
してホール素子７を用いているがこれに限定されるもの
ではなく、例えば磁気抵抗効果素子等の他の磁束密度検
出手段を用いても良い。本実施例に係る磁気式角度セン
サの具体的応用については、回転シャフト１を例えば内
燃機関のスロットルバルブに連結することにより、スロ
ットルポジションセンサを得ることができる。

【００５１】以上の実施例等に係る磁気式角度センサ
は、さらに、自動工作機械、自動搬送機械等における位
置検出手段としても用いることができ、工場の自動化
（ＦＡ）等においても好ましく適用できるものである。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、磁路形成手段中の磁
束密度検出手段によって検出される磁束密度が略零とな
るように、２つの励磁コイルを含む単一電流路における
中間点に印加する励磁電圧を制御し、励磁電圧を検出し
て回転体の位置を検出する構成であるので、磁気センサ
の温度特性に左右されず、常に、被検知体の正確な角度
位置を検出することができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る磁気式角度センサの第１の実施
例を示す図であり、その平面図を示す。

【図２】 図１の磁気式角度センサのＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図３】 図１の制御回路の具体的な構成を示す回路図
である。

【図４】 図１の制御回路の具体的な構成を示す回路図
である。

【図５】 本発明に係る磁気式角度センサの第２の実施
例を示す図であり、その平面図を示す。

【図６】 図５の磁気式角度センサのＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図７】 本発明に係る磁気式角度センサの第３の実施
例を示す図である。

【図８】 図７の磁気式角度センサの制御回路を示す図
である。

【主要部分の符号の説明】

１ 回転シャフト（被検知体） ２、４、５ 磁性部材 ３、６、７ 磁気ギャップ ８ ホール素子 ９ 励磁コイル １０ 直流電源 １１ 制御回路 １２ マグネット

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検知体の回転に応動する回転体と、 前記回転体を囲繞し、かつ少なくとも１つの検出用磁気
   ギャップを含む固定磁路を形成する固定磁路形成手段
   と、 前記回転体に応動して前記固定磁路に沿って移動自在な
   可動磁路を形成し、前記検出用磁気ギャップを各々が含
   む一対の可変長閉磁路を形成する可動磁路形成手段と、 前記検出用磁気ギャップに配置された磁束密度検出手段
   と前記可変長閉磁路に各々鎖交した一対の励磁コイル
   と、 前記磁束密度検出手段の検出出力に応じて、前記検出用
   磁気ギャップの磁束密度を略零とすべく、前記励磁コイ
   ルの励磁電流を供給する励磁電流供給手段と、 前記励磁電流の比に応じた信号を前記回転体の位置を表
   す位置信号として生成する電流比検出手段と、からな
   り、 前記励磁電流供給手段は、前記一対の励磁コイルを直列
   に含む単一の電流路と、前記電流路に定電圧を供給する
   定電圧供給手段と、前記電流路中の前記励磁コイルに挟
   まれる中間点に前記磁束密度検出手段の検出出力に応じ
   た付加電流を供給する付加電流供給手段とからなり、 前記電流比検出手段は、前記中間点の電位を前記位置信
   号とすることを特徴とする磁気式角度センサ。
2. 【請求項２】 前記磁束密度検出手段は、ホール素子で
   あることを特徴とする請求項１記載の磁気式角度セン
   サ。
3. 【請求項３】 前記付加電流供給手段は、前記ホール素
   子の正側検出出力と負側検出出力との差に応じた出力電
   流を前記付加電流として前記中間点に供給する差動増幅
   手段であることを特徴とする請求項２記載の磁気式角度
   センサ。
4. 【請求項４】 前記差動増幅手段は、単一の差動増幅器
   からなることを特徴とする請求項３記載の磁気式角度セ
   ンサ。
5. 【請求項５】 前記差動増幅手段は、積分特性を有し、
   前記ホール素子の正側検出出力と負側検出出力との差に
   基づくＰ−Ｉ制御出力電流を前記付加電流とすることを
   特徴とする請求項３記載の磁気式角度センサ。
6. 【請求項６】 前記電流路は、前記中間点を挟む位置に
   各々接続された１対の抵抗を有することを特徴とする請
   求項１乃至５のいずれか１に記載の磁気式角度センサ。
7. 【請求項７】 前記抵抗の大きさは、前記励磁コイル
   と、前記固定磁路形成手段及び前記可動磁路形成手段と
   を構成する材料の温度特性に応じて定められていること
   を特徴とする請求項６記載の磁気式角度センサ。
8. 【請求項８】 前記固定磁路形成手段は、環状部を形成
   する単一の固定磁性部材からなり、 前記可動磁路形成手段は、前記磁性部材の内周壁に一端
   が固設した固定分岐磁性部材と、前記固定分岐磁性部材
   の他端の近傍の回転中心軸の回りに前記回転体に応動し
   て回動自在な可動磁性部材とからなり、前記固定磁性部
   材が前記可動磁性部材の先端の可動軌跡に沿って延在し
   ており、 前記検出用磁気ギャップは前記固定分岐磁性部材内に形
   成され、 前記励磁コイルは、前記固定磁性部材に巻回されている
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気式角度センサ。
9. 【請求項９】 前記可動磁路形成手段は、少なくとも１
   対の互いに異なる等分磁極面を外表面に有すべく着磁さ
   れた環状マグネットからなり、 前記固定磁路形成手段は、少なくとも１つの磁気ギャッ
   プを含み前記環状マグネットを囲繞する第１の固定磁路
   を形成する第１磁路形成手段と、前記第１の固定磁路に
   結合し前記検出用磁気ギャップを含む第２の固定磁路を
   形成する第２磁路形成手段と、からなることを特徴とす
   る請求項１記載の磁気式角度センサ。