JPH0972706A - 角度センサ - Google Patents

角度センサ

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JPH0972706A
JPH0972706A JP22657395A JP22657395A JPH0972706A JP H0972706 A JPH0972706 A JP H0972706A JP 22657395 A JP22657395 A JP 22657395A JP 22657395 A JP22657395 A JP 22657395A JP H0972706 A JPH0972706 A JP H0972706A
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Takehiko Hidaka
毅彦 日▲高▼
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体の広範囲の角度変化に対応し直線的な
出力を得るに好適な角度センサを提供する。 【解決手段】 永久磁石1、2とヨーク4、5との間の
相対角度の変化により、磁束線7はヨーク4からヨーク
5に向かって貫流し、これに伴い、磁電変換器3は、ヨ
ーク4、5間の磁束密度の大きさに応じた正の出力を発
生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転体の角度セ
ンサに係り、特に磁気式の回転角度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の磁気式回転角度センサとしては、
例えば、図11に示すようなものがある。断面が一定の
形状を有する円環状の磁性部材35は、基準位置で磁束
線の方向が直径方向となるように着磁されていて、円環
状の中心に磁電変換器36が配置されている。磁性部材
35と磁電変換器36が相対的に回動することにより、
磁電変換器36に対して直交する方向に通過する磁束の
成分が変化することを利用して回転角度の変化を検出す
るものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角度センサにあっては、磁電変換器36は磁
性部材35との相対的な回動により、回転角度に対し
て、円環状の磁性部材35の前記基準位置における漏洩
磁束密度の、回転角度(θ)に対する余弦(cosθ)
成分を検出することになるため、磁電変換器36を通過
する磁束密度の変化が直線的に変化する範囲を広く取る
ことができないという問題点があった。この発明は、こ
のような従来技術の問題点に着目してなされたもので、
回転体の広範囲の角度変化に応じて直線的な出力を得る
に好適な角度センサを提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、特許請求の範囲に記載されている。本発明
は、同極が対向するよう所定の距離をおき、着磁極を並
置して同一の磁束を発生する2つの柱状永久磁石と、こ
の2つの柱状永久磁石で囲まれた空間に設けた軟磁性材
の漏れ磁束集中手段と、この漏れ磁束集中手段の中心部
に配置された磁電変換器と、前記永久磁石若しくは前記
磁束集中手段の一方を他方に対して正逆回転させる回転
機構とを有し、前記磁電変換器を介して漏れ磁束集中手
段を貫流する磁束の変化を検知することにより、前記永
久磁石と前記磁束集中手段の相対回転角度変化の大きさ
と回転の正逆方向を検出することを特徴とする角度セン
サである。
【0005】例えば、図1に示すように、互いに同極が
向かい合うように所定の距離を置いて配置された磁界発
生体である2つの永久磁石1、2と、永久磁石1、2で
囲まれた空間におけるこの永久磁石からの漏れ磁束を集
める軟磁性材からなる磁束集中手段(ヨ−ク)4、5
と、この磁束集中手段4、5の中央部に配置される磁電
変換器3とからなる磁気式角度センサの検知部分を構成
し、永久磁石1、2あるいは、磁束集中手段4、5のい
ずれか一方を回転させる回転機構を有し、永久磁石1、
2と磁束集中手段4、5との関係の変化から、磁電変換
器36を通過する磁束の大きさの変化を利用して出力を
求めるものである。この構成により回転体の回転角度の
広範囲にわたり直線性の優れた出力を有する角度センサ
が得られるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態1〉図1は、この発明の実施の形態1を示
す図である。まず、構成を説明すると、1、2は同一形
状、ほぼ同一の磁束を発生させる柱状の永久磁石であ
り、この柱状体の長手方向に着磁されている。3は磁束
密度を検出するための磁電変換器、4、5は磁束集中手
段、すなわち、同一形状、同一磁気特性を有する軟磁性
材からなるヨークである。
【0007】永久磁石1、2は、同極、すなわち、N極
同士、またはS極同士が対向する一にあり、かつ、永久
磁石1、2はその長手寸法より僅かに大きい間隔を保っ
て平行に配設されている。ヨーク4、5は永久磁石12
に囲まれる空間の中央に直線上に配置され、ヨーク4、
5の中心部に磁電変換器3が設けられている。また、永
久磁石1、2、あるいは、ヨーク4、5の何れか一方
を、図示のa点を中心として回転させる回転機構が備え
られている。これにより、永久磁石1、2とヨーク4、
5との間に相対的な角度の変化を生ずるような回転運動
を与えることができる。
【0008】図2は、磁電変換器3及びヨーク4、5が
永久磁石1、2のそれぞれの中心を結ぶ線上に位置(回
転角度0度の基準位置とする)しているときの磁束線6
の状態と向きを示している。この状態において、磁束線
6はヨーク4からヨーク5を貫流していないため、磁電
変換器3の検出する磁束密度は0である。
【0009】次に、図2の状態から図3に示す状態にヨ
ーク4、5が時計方向に回動し、ヨーク4の端部が永久
磁石1のN極に、ヨーク5の端部が永久磁石2のS極
に、それぞれ接近すると、磁束線7はヨーク4から入っ
てヨーク5に向かって貫流し、これに伴い、磁電変換器
3はヨーク4、5間の磁束密度の大きさに応じた正の出
力を発生する。
【0010】逆に、ヨーク4、5が反時計方向に回動
し、図4に示すように、ヨーク4の端部が永久磁石1の
S極に、ヨーク5の端部が永久磁石2のN極に、それぞ
れ接近すると、磁束線8はヨーク5から入ってヨーク4
に向かって貫流し、これに伴って磁電変換器3は、ヨー
ク4、5間の磁束密度の大きさに応じた負の出力を発生
する。このように、永久磁石1、2とヨーク4、5とが
相対的に回動するに伴うヨーク4、5間を貫流する磁束
密度の変化を、正負の値として直線的な出力に変換する
磁電変換器3を用いて検出することにより、概ね±45
度の範囲において回転角度の変化に応じた出力を得るこ
とができる。
【0011】図5は、本実施の形態を検出部分に用いた
角度センサによって検出された、回転角度に対する磁束
密度の関係を示す特性図であり、磁束密度の変化は、正
負の回転角度に対して概ね−45度〜+45度角度範囲
において、ほぼ、直線的に変化しており、これにより、
磁電変換器3は、広角度にわたって直線性の優れた角度
変化の出力を得ることができる。実施の形態1は、磁束
発生手段に柱状永久磁石を使用するため角度センサを低
原価で提供することができる。
【0012】〈実施の形態2〉図6は、実施の形態2を
示す図であり、同図において、図1と同一部分は同一の
符号を付して示されている。この実施の形態は、基本的
な作用は図1に示した実施の形態1と同一であり、相違
するところは、ヨーク4、5を貫流する磁束密度をさら
に広角度にわたって直線的に変化させるために、永久磁
石9、10の形状を円弧状に形成したことである。図6
において、永久磁石9、10の形状は、ヨーク4、5が
回転する軌跡の円弧に対して同心の円弧を形成している
が、磁電変換器3の回転角度に対する出力特性に応じて
永久磁石9、10が形成する円弧の曲率を変化させても
よい。本実施の形態は、磁束発生手段に円弧状の永久磁
石を使用するため、実施の形態1に比べてさらに広角度
にわたって直線性の優れた出力が得られ、また、検知磁
束密度の変化量を大きく取ることができるため、永久磁
石を小さくして角度センサの小型化を図ることができ
る。
【0013】〈実施の形態3〉図7は、実施の形態3を
示す図であり、同図において図1と同一の部分は同一の
符号を付して示している。本実施の形態は、基本的な作
用は図1に示した実施の形態1と同一であり、相違する
ところは、2つの柱状永久磁石に代えて、永久磁石1
1、12及び永久磁石13、14と、永久磁石11、1
2及び永久磁石13、14の間に磁束伝達手段として2
つの軟磁性材15、16を配置した点である。本実施の
形態は、磁束発生手段としての永久磁石に小型のものが
使用できるため、実施の形態1に比べてさらに角度セン
サの原価低減を図ることができる。
【0014】〈実施の形態4〉図8は、実施の形態4を
示す図であり、同図において図1と同一部分は同一の符
号を付して示している。この実施の形態は、基本的な作
用は図1に示した実施の形態1と同一であり、相違する
ところは、2つの柱状永久磁石に代えて、互いに同極が
向かい合うように、所定の距離をおいて、着磁極を配置
した2つの永久磁石17、18の着磁面に、軟磁性材1
9、20、21、22を磁束伝達手段として配置したも
のを使用した点である。本実施の形態は、磁束発生手段
として小型の永久磁石2個を使用しているため、実施の
形態3に比べてさらに低原価の角度センサを実現するこ
とができる。
【0015】〈実施の形態5〉図9は、実施の形態5を
示す図であり、同図において図1と同一部分は同一の符
号を付して示している。この実施の形態は、基本的な作
用は図7に示した実施の形態3と同一であり、相違する
ところは、実施の形態3よりもヨーク4、5間の磁束密
度をさらに広角度にわたって直線的に変化させるため、
軟磁性材27、28の形状を円弧状に形成した点であ
る。本実施の形態は、実施の形態3における永久磁石の
間に配置される軟磁性材に円弧状のものを使用するた
め、実施の形態3に比べて広角度にわたって直線性の優
れた出力が得られる。
【0016】〈実施の形態6〉図10は、実施の形態6
を示す図であり、同図において図1と同一部分は同一の
符号を付して示している。この実施の形態は、基本的な
作用は図8に示した実施の形態4と同一であり、相違す
るところは、実施の形態4よりもヨーク4、5間の磁束
密度をさらに広角度にわたって直線的に変化させるた
め、軟磁性材31、32、33、34の形状を円弧状に
形成した点である。本実施の形態は、実施の形態4にお
ける2つの永久磁石のそれぞれの着磁面に円弧状の軟磁
性材を配置したため、実施の形態4に比べて広角度にわ
たって直線性の優れた出力が得られ、実施の形態5と比
較しても永久磁石の使用個数を少なくすることができ、
実施の形態5よりもさらに原価の低減を図ることができ
る。
【0017】
【発明の効果】本発明の実施により、互いに同極同士が
向かい合うように所定の距離をおいて着磁極を配置した
2つの磁束発生手段と、この磁束発生手段で囲まれた空
間における磁束発生手段からの漏れ磁束を集める軟磁性
材からなる2つの磁束集中手段と、この磁束集中手段の
中心部に配置される磁電変換器からなる磁気式角度セン
サの検知部分とし、磁束発生手段、あるいは磁束集中手
段の何れか一方を回転させる回転機構を有する構成とし
たため、磁束発生手段と磁束集中手段との相対的な位置
関係が変化することにより、磁電変換器を通過する磁束
の大きさが変化し磁電変換器は、磁束密度の大きさに応
じた出力を発生することから、回転する物体の回転角度
の絶対値を概ね±45度の範囲で、非接触により測定す
ることができ、広角度にわたって直線性の優れた磁電変
換器の出力が得られるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1を示す基本構成図であ
る。
【図2】本発明の実施の形態1の作用を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態1図の作用を示す図であ
る。
【図4】本発明の実施の形態1図の作用を示す図であ
る。
【図5】本発明の実施の形態1による角度センサの出力
特性図である。
【図6】本発明の実施の形態2を示す基本構成図であ
る。
【図7】本発明の実施の形態3を示す基本構成図であ
る。
【図8】本発明の実施の形態4を示す基本構成図であ
る。
【図9】本発明の実施の形態5を示す基本構成図であ
る。
【図10】本発明の実施の形態6を示す基本構成図であ
る。
【図11】従来の磁気式角度センサの平面図及び斜視図
である。
【符号の説明】
1〜2、9〜14、17〜18、23〜26、29〜3
0…永久磁石 3、36…磁電変換器 4〜5、15〜16、19〜22、27〜28、31〜
34…軟磁性材 6〜8…磁束線 35…磁性部材 36…磁電変換器 37…回転軸

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同極が対向するよう所定の距離をおき、着
    磁極を並置して同一の磁束を発生する2つの柱状永久磁
    石と、 この2つの柱状永久磁石で囲まれた空間に設けた軟磁性
    材の漏れ磁束集中手段と、 この漏れ磁束集中手段の中心部に配置された磁電変換器
    と、 前記永久磁石若しくは前記磁束集中手段の一方を他方に
    対して正逆回転させる回転機構とを有し、 前記磁電変換器を介して漏れ磁束集中手段を貫流する磁
    束の変化を検知することにより、前記永久磁石と前記磁
    束集中手段の相対回転角度変化の大きさと回転の正逆方
    向を検出することを特徴とする角度センサ。
  2. 【請求項2】前記2つの柱状磁石に代わる2つの円弧状
    磁石を互いに対向して配置したことを特徴とする請求項
    1記載の角度センサ。
  3. 【請求項3】対向する2つの柱状軟磁性材の両端に着磁
    方向が同一で同一の磁束を発生する永久磁石をそれぞれ
    配置したことを特徴とする請求項1記載の角度センサ。
  4. 【請求項4】所定の距離をおいて並置した着磁方向が同
    一の2つの永久磁石の両端にそれぞれ柱状軟磁性材を配
    置したことを特徴とする請求項1記載の角度センサ。
  5. 【請求項5】対向する2つの円弧状軟磁性材の両端に着
    磁方向が同一で同一の磁束を発生する永久磁石をそれぞ
    れ対向して配置したことを特徴とする請求項1記載の角
    度センサ。
  6. 【請求項6】所定の距離をおいて並置した着磁方向が同
    一の2つの永久磁石の両端にそれぞれ円弧状の軟磁性材
    を配置したことを特徴とする請求項1記載の角度セン
    サ。
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