KR101537902B1 - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
간단한 구성으로, 저렴하게, 주위 온도의 변화에 따른 회전 각도의 검출 정밀도의 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.
자기 센서(4)를 기점으로 하여 자석(2)과 반대측에 바이메탈(10)을 마련한다. 이 바이메탈(10)의 자기 센서(4)를 사이에 끼워 자석(2)의 한쪽의 면(2a)에 평행하게 대향하는 면의 중앙부에, 자성체 플레이트(11)를 마련한다. 이에 의해, 주위 온도 변화에 따른 자석(2)의 자속 밀도의 변화분을 상쇄하도록, 자석(2)과 자성체 플레이트(11)의 갭량(l)이 변화하여, 자기 센서(4)에 작용하는 자속 밀도를 일정화시켜, 주위 온도의 변화에 따른 회전 각도의 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있게 된다. The object of the present invention is to prevent deterioration in the detection accuracy of the rotation angle due to a change in the ambient temperature at a low cost with a simple configuration.
A bimetal (10) is provided on the side opposite to the magnet (2) with the magnetic sensor (4) as a starting point. A magnetic substance plate 11 is provided at a central portion of a surface of the bimetal 10 facing the one surface 2a of the magnet 2 sandwiching the magnetic sensor 4 therebetween. Thereby, the amount of gap 1 between the magnet 2 and the magnetic body plate 11 is changed so as to cancel the change in the magnetic flux density of the magnet 2 with the ambient temperature change, It is possible to stabilize the density and prevent deterioration of the detection accuracy of the rotation angle in accordance with the change of the ambient temperature.
Description
본 발명은 자기 센서가 검출하는 자속 밀도의 변화로부터 검출 대상의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기에 관한 것이다. The present invention relates to a rotation angle detector for detecting a rotation angle of a detection target from a change in magnetic flux density detected by a magnetic sensor.
종래부터, 이 종의 회전 각도 검출기로서, N극과 S극의 자석을 갖는 회전체와, 자속 밀도의 변화를 검출하는 자기 센서를 조합하여, 회전체를 자기 센서에 대하여 회전시킴으로써, 자기 센서가 검출하는 자속 밀도의 변화로부터 검출 대상의 회전 각도를 검출하는 구성인 것이 다수 제안되어 있다. Conventionally, as a rotation angle detector of this kind, a rotating body having N-pole and S-pole magnets and a magnetic sensor for detecting a change in magnetic flux density are combined and the rotating body is rotated relative to the magnetic sensor, And a configuration in which the rotation angle of the detection object is detected from a change in the magnetic flux density to be detected.
도 10에 종래의 회전 각도 검출기의 일례를 나타낸다. 도 10에 있어서, 도면 부호 1은 회전축, 2는 이 회전축(1)의 선단에 부착된 자석이다. 자석(2)은, 그 평면 형상이 원형이며, 직경 방향으로 착자되어 있다. 회전축(1)에는 기어(3)가 감합 고정되어 있으며, 검출 대상의 회전에 따라 기어(3)가 회전하고, 이 기어(3)와 일체로 되어 회전축(1)이 회전한다. 즉, 검출 대상의 회전에 따라 회전축(1)이 축심(O1)을 중심으로 하여 회전하고, 이 회전축(1)과 일체로 되어 자석(2)이 회전한다. 자석(2)은, 그 회전 중심이 회전축(1)의 축심(O1)과 일치하도록, 회전축(1)의 선단에 부착되어 있다.Fig. 10 shows an example of a conventional rotation angle detector. In Fig. 10,
도면 부호 4는 자속 밀도의 변화를 검출하는 자기 센서이다. 자기 센서(4)는, 자석(2)의 직경 방향에 대하여 직교하는 방향을 자석(2)의 두께 방향으로 하고, 이 자석(2)의 두께 방향의 한쪽의 면(상면)(2a)에 그 감자면(感磁面)(4a)을 평행하게 대향시키고, 또한 그 감자면(4a)의 중심(자기 센서(4)의 중심)을 자석(2)의 회전 중심과 일치시키도록 하여, 프린트 기판(5) 상에 배치되어 있다. 도면 부호 6은 자기 센서(4)를 기점으로 하여 자석(2)과 반대측에 배치된 원판형의 자성체이다.
프린트 기판(5) 및 자성체(6)는 금속제의 홀더(7)에 유지되어 있다. 홀더(7)는 케이스 본체(8)에 부착되어 있다. 회전축(1)의 선단은 그 외주면이 사발형으로 되어 있고, 이 사발형으로 된 회전축(1)의 외주면과 홀더(7) 사이에는, 베어링(9)이 마련되어 있다. 이 베어링(9)은, 회전축(1)의 선단의 사발형의 외주면에 맞추어, 이 사발형의 외주면을 축 지지하기 위해, 변형 베어링으로 되어 있다. 또한, 변형 베어링을 이용한 회전 각도 검출기에 대해서는, 특허문헌 1에도 나타나 있다. The printed
이 회전 각도 검출기(200)에서는, 검출 대상의 회전에 따라 기어(3)가 회전하고, 이 기어(3)와 일체로 되어 회전축(1)이 회전하며, 이 회전축(1)의 축심(O1)을 중심으로 하여 자석(2)이 회전한다. 즉, 자석(2)의 N극으로부터 S극으로 되돌아가는 자속의 방향이 회전한다. 이에 의해, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 자속 밀도가 변화하고, 이 자기 센서(4)가 검출하는 자속 밀도의 변화로부터 검출 대상의 회전 각도가 검출된다. In this
또한, 도 10에 있어서, 자기 센서(4)로서는, 홀 소자를 이용한 자기 센서, MR 소자(자기 저항 효과 소자)를 이용한 자기 센서 등이 이용된다. 홀 소자를 이용한 자기 센서(4)에서는, 그 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 X 방향 및 Y 방향(도 11 참조)으로의 자속 밀도의 변화를 검출한다. 10, a magnetic sensor using a Hall element, a magnetic sensor using an MR element (magnetoresistive element), or the like is used as the
이 회전 각도 검출기(200)에서는, 자기 센서(4)를 기점으로 하여 자석(2)과 반대측에 원판형의 자성체(6)를 마련하고 있음으로써, 다음과 같은 2가지의 효과가 얻어진다.In this
(1) 자성체(6)와 자석(2) 사이의 흡인력에 의해, 회전축(1)이 자석(2)과 함께 자성체(6)에 끌어 당겨져, 회전축(1)의 선단의 사발형의 외주면이 베어링(9)(변형 베어링)의 내주면에 압착된다. 이에 의해, 회전축(1)의 축심(O1)과 자석(2)의 회전 중심이 일치하여, 회전축(1)의 가로 방향(X, Y 방향)으로의 축 어긋남이 발생하기 어려워져, 회전 각도의 검출 정밀도가 높아진다. (1) The rotating
(2) 자기 센서(4)를 자석(2)과 자성체(6)로 사이에 끼움으로써, 자기 수속 효과에 의해 자기 센서(4) 주변부의 자속 밀도가 높아지고, 그 결과, 자기 센서(4)의 출력의 S/N비가 향상되어, 회전 각도의 검출 정밀도가 높아진다. (2) Since the
그러나, 전술한 종래의 회전 각도 검출기(200)에서는, 주위 온도의 변화에 따라 자석(2)의 자속 밀도가 변화하고, 자기 센서(4)에 작용하는 자속 밀도가 변화하기 때문에, 주위 온도가 변화하는 환경 하에서는 회전 각도의 검출 오차가 발생한다. However, in the above-described conventional
주위 온도의 변화에 따라 자속 밀도가 변화하는 것은 종래부터 알려져 있다. 즉, 영구 자석이 가열되면 열 에너지가 더해져, 자석을 구성하는 작은 자석(자기 모멘트)이 진동한다. 이 현상을 열 동요라고 부른다. 어느 정도까지 가열되면, 작은 자석은 방향성이 없어져, 각각 제멋대로의 운동을 일으킨다. 이 온도를 퀴리점이라고 부른다. 자석을 퀴리점 이상으로 가열하여, 실온까지 복귀시키면 완전히 자력을 잃는다. 이것을 열소자(熱消磁)라고 한다. 주위 온도의 변화에 따라 자속 밀도가 변화하는 것은, 이러한 열 동요, 열소자로서, 종래부터 알려져 있다. It is conventionally known that the magnetic flux density changes with a change in ambient temperature. That is, when the permanent magnet is heated, thermal energy is added, and a small magnet (magnetic moment) constituting the magnet is vibrated. This phenomenon is called heat shaking. When heated to a certain extent, the small magnets lose their directionality, resulting in self-motive motion. This temperature is called the Curie point. When the magnet is heated to the Curie point or higher and returned to room temperature, it completely loses its magnetic force. This is called a thermal element (thermal degaussing). It is known in the prior art that such magnetic flux densities change with changes in ambient temperature as such heat fluctuations and thermal elements.
또한, 주위 온도의 변화에 대하여 측정 정밀도를 높게 유지하기 위해서는, 온도 변화에 따른 출력 시프트분을 오프셋하기 위해 온도 보정을 행하지만, 온도 보정의 교정 프로세스에서는 실제로 주위의 온도를 몇 가지인가로 설정할 필요가 있어 시간이 걸린다는 문제가 있다. In order to maintain a high measurement accuracy with respect to a change in the ambient temperature, temperature correction is performed in order to offset the output shift due to the temperature change. However, in the temperature correction calibration process, There is a problem that it takes time.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 간단한 구성으로, 저렴하게, 주위 온도의 변화에 따른 회전 각도의 검출 정밀도의 저하를 방지하는 것이 가능한, 회전 각도 검출기를 제공하는 것에 있다. An object of the present invention is to provide a rotation angle detector capable of preventing deterioration in detection accuracy of a rotation angle due to a change in ambient temperature with a simple configuration and at low cost, .
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 회전축과, 이 회전축의 축심을 중심으로 하여 회전하며 직경 방향으로 착자된 자석과, 이 자석의 직경 방향에 대하여 직교하는 방향을 그 자석의 두께 방향으로 하고, 이 자석의 두께 방향의 한쪽의 면에 그 감자면을 평행하게 대향시켜, 또한 그 감자면의 중심을 자석의 회전 중심과 일치시키도록 하여 배치되며, 감자면에 작용하는 자속 밀도의 변화를 검출하는 자기 센서를 구비하고, 자기 센서가 검출하는 자속 밀도의 변화로부터 검출 대상의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기에 있어서, 자기 센서를 기점으로 하여 자석과 반대측에 마련되며, 자기 센서를 사이에 끼워 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치가, 주위 온도 변화에 따라 기계적으로 변위하는 구조체와, 구조체의 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부에 부착된 자성체를 구비하고, 자성체는, 자석의 한쪽의 면과의 사이의 거리가, 구조체의 주위 온도 변화에 따른 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치의 변위에 의해, 자석의 한쪽의 면과 평행한 위치 관계를 유지하면서, 주위 온도 변화에 추종하여 변화하는 것을 특징으로 한다. In order to attain the above object, the present invention provides a magnet having a rotating shaft, a magnet rotated in the radial direction by rotating about the axis of the rotating shaft, and a direction orthogonal to the radial direction of the magnet, And a magnetic flux density sensor for detecting a change in the magnetic flux density acting on the magnetizing surface in such a manner that the magnetizing surface is parallel to one surface of the magnet in the thickness direction and the center of the magnetizing surface coincides with the rotation center of the
본 발명에 있어서, 자기 센서를 기점으로 하는 자석과 반대측에는, 자기 센서를 사이에 끼워 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치가 주위 온도 변화에 따라 기계적으로 변위하는 구조체가 마련되고, 이 구조체의 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부에 자성체가 부착되어 있다. 이 자성체는, 자석의 한쪽의 면과의 사이의 거리가, 구조체의 주위 온도 변화에 따른 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치의 변위에 의해, 자석의 한쪽의 면과 평행한 위치 관계를 유지하면서, 주위 온도 변화에 추종하여 변화한다. 여기서, 구조체의 주위 온도 변화에 따른 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치의 변위에 의해, 주위 온도 변화에 따른 자석의 자속 밀도의 변화분을 상쇄하도록, 자성체와 자석의 한쪽의 면 사이의 거리를 변화시키도록 하면, 자기 센서에 작용하는 자속 밀도를 일정화시켜, 주위 온도의 변화에 따른 회전 각도의 검출 정밀도의 저하를 방지하는 것이 가능해진다. In the present invention, a structure is provided on the side opposite to the magnet starting from the magnetic sensor, in which the position of the central portion of the surface facing the one surface of the magnet is mechanically displaced in accordance with the ambient temperature change, And a magnetic substance is attached to a central portion of the surface of the structure facing the one surface of the magnet. This magnetic body is arranged such that the distance between one face of the magnet and the other face of the magnet is set to be a position parallel to one face of the magnet by the displacement of the position of the center of the face opposing one face of the magnet, While keeping the relationship, it changes in accordance with the ambient temperature change. Here, in order to offset the change in the magnetic flux density of the magnet due to the ambient temperature change by the displacement of the position of the central portion of the surface of the magnet facing one surface in accordance with the ambient temperature change of the structure, It is possible to stabilize the magnetic flux density acting on the magnetic sensor and to prevent deterioration in the detection accuracy of the rotation angle in accordance with the change of the ambient temperature.
예컨대, 본 발명에서는, 자성체와 자석의 한쪽의 면 사이의 거리를, 주위 온도가 상승함에 따라, 자석으로부터 멀어지는 방향으로 변화시키도록 한다. 주위 온도가 높아지면 자석의 자속 밀도가 저하하고, 자기 센서에 작용하는 자석의 자속 밀도가 저하하지만, 구조체에 의해 자성체를 자석으로부터 멀어지도록 변위시킴으로써, 자기 센서에 작용하는 자석의 자속 밀도를 일정하게 유지하여, 주위 온도의 변화에 따른 회전 각도의 검출 정밀도의 저하를 방지하는 것이 가능해진다. For example, in the present invention, the distance between the magnetic body and one surface of the magnet is changed in a direction away from the magnet as the ambient temperature rises. The magnetic flux density of the magnet acting on the magnetic sensor is made to be constant by displacing the magnetic body away from the magnet by the structure It is possible to prevent deterioration in the detection accuracy of the rotation angle in accordance with the change of the ambient temperature.
본 발명에 있어서, 구조체는, 구성이 간단하고 제조도 용이한 것으로서, 바이메탈로 구성한 것, 중공의 다이어프램으로 구성한 것, 벨로우즈로 구성한 것, 형상 기억 합금제의 스프링으로 구성한 것 등이 생각된다. In the present invention, the structure is simple in structure and easy to manufacture, and may be a bimetal, a hollow diaphragm, a bellows, or a spring made of a shape memory alloy.
본 발명에 따르면, 자기 센서를 기점으로 하는 자석과 반대측에, 자기 센서를 사이에 끼워 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치가 주위 온도 변화에 따라 기계적으로 변위하는 구조체를 마련하고, 이 구조체의 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부에 자성체를 부착하여, 자성체의 자석의 한쪽의 면과의 사이의 거리를, 구조체의 주위 온도 변화에 따른 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치의 변위에 의해, 자석의 한쪽의 면과 평행한 위치 관계를 유지하면서, 주위 온도 변화에 추종하여 변화시키도록 하였기 때문에, 구조체의 주위 온도 변화에 따른 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치의 변위에 의해, 주위 온도 변화에 따른 자석의 자속 밀도의 변화분을 상쇄하도록, 자성체와 자석의 한쪽의 면 사이의 거리를 변화시키도록 하여, 자기 센서에 작용하는 자속 밀도를 일정화시켜, 주위 온도의 변화에 따른 회전 각도의 검출 정밀도의 저하를 방지하는 것이 가능해진다. According to the present invention, there is provided a structure in which a position of a central portion of a surface opposing one surface of a magnet is mechanically displaced in accordance with a change in ambient temperature by sandwiching the magnetic sensor between the magnet and the magnet, A magnetic body is attached to a central portion of a surface of the structure facing the one surface of the magnet so that the distance between one surface of the magnet of the magnetic body and the surface facing the other surface of the magnet Since the positional relationship between the magnet and the one side of the magnet is maintained by the displacement of the position of the center of the magnet, The distance between the magnetic body and one surface of the magnet is set so as to cancel the change in the magnetic flux density of the magnet due to the ambient temperature change by the displacement of the position of the central portion of the surface, And to change, to a certain screen, the magnetic flux density acting on the magnetic sensor, it is possible to prevent the deterioration of detection accuracy of the rotation angle due to changes in ambient temperature.
도 1은 본 발명에 따른 회전 각도 검출기의 일실시형태의 주요부를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 이 회전 각도 검출기에 있어서의 자석과 자기 센서의 배치 관계를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 3은 볼록부로서 자성체 플레이트를 마련한 경우와 평판형의 자성체(볼록부를 갖지 않는 자성체)를 이용한 경우의 자속의 흐름을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 4는 주위 온도와 바이메탈의 중앙부의 위치의 기계적 변위량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 바이메탈의 중앙부의 위치가 주위 온도의 변화에 따라 기계적으로 변위한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 자석과 자성체 플레이트의 갭량과 자기 센서를 통과하는 자속 밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 온도 변화를 기계적 변위로 변환하는 구조체로서 다이어프램을 이용하도록 한 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 온도 변화를 기계적 변위로 변환하는 구조체로서 벨로우즈를 이용하도록 한 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 온도 변화를 기계적 변위로 변환하는 구조체로서 형상 기억 합금제의 스프링을 이용하도록 한 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 종래의 회전 각도 검출기의 일례를 나타내는 측단면도이다.
도 11은 종래의 회전 각도 검출기에 있어서의 자석과 자기 센서의 배치 관계를 나타내는 평면도 및 측면도이다. 1 is a side cross-sectional view showing a main part of an embodiment of a rotation angle detector according to the present invention.
2 is a plan view and a side view showing the arrangement relationship between the magnet and the magnetic sensor in this rotation angle detector.
Fig. 3 is a diagram showing the flow of magnetic flux in a case where a magnetic plate is provided as a convex portion and a case where a plate-like magnetic body (a magnetic body having no convex portion) is used.
4 is a graph showing the relationship between the ambient temperature and the amount of mechanical displacement at the position of the center of the bimetal.
5 is a view showing a state in which the position of the center part of the bimetal is mechanically displaced according to the change of ambient temperature.
6 is a diagram showing the relationship between the amount of gap between the magnet and the magnetic plate and the magnetic flux density passing through the magnetic sensor.
7 is a view showing an example of using a diaphragm as a structure for converting a temperature change into a mechanical displacement.
8 is a view showing an example in which a bellows is used as a structure for converting a temperature change into a mechanical displacement.
9 is a view showing an example in which a spring made of a shape memory alloy is used as a structure for converting a temperature change into a mechanical displacement.
10 is a side sectional view showing an example of a conventional rotation angle detector.
11 is a plan view and a side view showing the arrangement relationship between the magnet and the magnetic sensor in the conventional rotation angle detector.
이하, 본 발명을 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 회전 각도 검출기의 일실시형태의 주요부를 나타내는 측단면도이다. 도 1에 있어서, 도 10과 동일 부호는 도 10을 참조하여 설명한 구성 요소와 동일 혹은 동등한 구성 요소를 나타내며, 그 설명은 생략한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a side cross-sectional view showing a main part of an embodiment of a rotation angle detector according to the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as in FIG. 10 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 10, and a description thereof will be omitted.
이 회전 각도 검출기(100)의 종래의 회전 각도 검출기(200)와 가장 상이한 점은, 자성체(6) 대신에 바이메탈(10)을 마련하고, 이 바이메탈(10)의 자기 센서(4)를 사이에 끼워 자석(2)의 한쪽의 면(2a)에 평행하게 대향하는 면의 중앙부에, 자석(2)측으로 돌출한 볼록부로서 자성체로 이루어진 플레이트(자성체 플레이트)(11)를 마련한 것에 있다. The difference from the conventional
바이메탈(10)은, 열팽창 계수가 상이한 2장의 합금 박판을 붙여 1장의 판으로 한 것이며, 온도 변화에 따른 각 합금의 신장의 차이에 따른 굴곡에 의해, 그 중앙부의 위치가 기계적으로 변위한다. 본 실시형태에서는, 주위 온도가 상승함에 따라, 자석(2)으로부터 멀어지는 방향으로 변위하는(주위 온도가 저하함에 따라, 자석(2)에 근접하는 방향으로 변위하는) 것으로 되어 있다. The bimetal 10 is made of a single sheet of two alloy thin plates with different thermal expansion coefficients. The bimetal 10 is mechanically displaced by the bending due to the difference in elongation of each alloy as the temperature changes. In the present embodiment, as the ambient temperature rises, it is displaced in the direction away from the magnet 2 (displaced in the direction approaching the
또한, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 회전축(1)의 선단의 외주면은 사발형으로 되어 있지 않고, 동직경의 평탄면으로 되어 있다. 이하, 종래의 회전 각도 검출기(200)에 있어서의 회전축(1)과 구별하기 위해, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에 있어서의 회전축(1)을 1A로 하고, 종래의 회전 각도 검출기(200)에 있어서의 회전축(1)을 1B로 한다. Further, in the
또한, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 베어링(9)으로서 변형 베어링이 아니라, 통상의 베어링을 이용하고 있다. 이하, 종래의 회전 각도 검출기(200)에 있어서의 베어링(9)과 구별하기 위해, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에 있어서의 베어링(9)(통상의 베어링)을 9A로 하고, 종래의 회전 각도 검출기(200)에 있어서의 베어링(9)(변형 베어링)을 9B로 한다. In the
또한, 본 실시형태에 있어서, 자석(2)으로서는 네오디뮴 자석, 사마륨코발트 자석, 알니코 자석 등이 이용되고 있고, 자성체 플레이트(11)로서는 탄소강(S45C), 압연 강판(SPCC), 일반 구조용 압연 강재(SS400) 등이 이용되고 있다. 또한, 바이메탈(10)로서는, 인바, 니켈-크롬-철 합금, 니켈-망간-철 합금, 망간-구리-니켈 합금 등이 이용되고 있다. In this embodiment, a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, an alnico magnet, or the like is used as the
이 회전 각도 검출기(100)에서는, 바이메탈(10)의 자기 센서(4)를 사이에 끼워 자석(2)의 한쪽의 면(2a)에 평행하게 대향하는 면의 중앙부에 자석(2)측으로 돌출한 볼록부로서 자성체 플레이트(11)를 마련하고 있기 때문에, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 자석(2)으로부터의 자속의 흐름이 비교적 수평으로 된다. In this
도 3에 볼록부로서 자성체 플레이트(11)를 마련한 경우와 평판형의 자성체(볼록부를 갖지 않는 자성체)(6)를 이용한 경우의 자속의 흐름을 비교하여 나타낸다. 도 3의 (a)는 볼록부로서 자성체 플레이트(11)를 마련한 경우의 자속의 흐름을 나타내고, 도 3의 (b)는 볼록부를 갖지 않는 자성체(6)를 이용한 경우의 자속의 흐름을 나타낸다. 볼록부를 갖지 않는 자성체(6)에서는, 자석(2)과 자성체(6) 사이의 자속의 흐름은 수평이 되지 않지만(근접하여도 동일함), 볼록부로서 자성체 플레이트(11)를 마련한 경우는, 자석(2)과 자성체 플레이트(11) 사이의 자속의 흐름은 비교적 수평으로 된다. 3 shows the flow of magnetic flux in the case where the
이와 같이, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 자석(2)으로부터의 자속의 흐름이 자성체 플레이트(11)에 의해 비교적 수평으로 되기 때문에, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 X 방향 및 Y 방향(도 2 참조)의 자속 밀도가 균일해지고, 자기 센서(4)와 자석(2) 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남에 의한 자속 밀도의 변동이 작아져, 회전 각도의 검출 정밀도의 악화가 억제된다. As described above, in the
또한, 이 회전 각도 검출기(100)에서는, 자기 센서(4)와 자석(2) 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남의 허용 범위가 넓어지기 때문에, 베어링(9)으로서 변형 베어링 대신에 통상의 베어링을 사용할 수 있다. 이에 의해, 간단한 구성으로, 저렴하게, 회전 각도의 검출 정밀도가 높여진다. 또한, 베어링의 마모도 적고, 진동에도 강해진다. In this
〔주위 온도 변화〕[Ambient temperature change]
또한, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 바이메탈(10)의 중앙부의 위치가 주위 온도 변화에 따라 기계적으로 변위한다. 도 4에 주위 온도〔℃〕와 바이메탈(10)의 중앙부의 위치의 기계적 변위량〔mm〕의 관계를 나타낸다. 이 관계에 나타내는 바와 같이, 20℃일 때의 기계적 변위량을 0 mm로 한 경우, 바이메탈(10)의 중앙부의 위치는, 온도가 상승함에 따라, 자석(2)으로부터 멀어지는 방향으로 변위한다. 마찬가지로, 바이메탈(10)의 중앙부의 위치는, 온도가 하강함에 따라, 자석(2)에 근접하는 방향으로 변위한다. Further, in the
도 5에 바이메탈(10)의 중앙부의 위치가 주위 온도의 변화에 따라 기계적으로 변위한 상태를 나타낸다. 도 5의 (a)는 주위 온도가 하강한 것에 의해, 바이메탈(10)의 중앙부의 위치가 자석(2)에 근접한 상태를 나타내고 있고, 도 5의 (b)는 주위 온도가 상승한 것에 의해, 바이메탈(10)의 중앙부의 위치가 자석(2)으로부터 멀어진 상태를 나타내고 있다. 5 shows a state in which the position of the center of the bimetal 10 is mechanically displaced in accordance with the change of the ambient temperature. 5 (a) shows a state in which the center of the bimetal 10 is close to the
이와 같이, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 주위 온도 변화에 추종하여, 바이메탈(10)의 중앙부의 위치가 변위하고, 이 바이메탈(10)의 중앙부의 위치의 변위에 따라, 자성체 플레이트(11)가 자석(2)의 한쪽의 면(2a)과 평행한 위치 관계를 유지하면서, 상하 이동한다. As described above, in the
즉, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 주위 온도의 변화에 추종하여, 자석(2)의 한쪽의 면(2a)과 평행한 위치 관계를 유지하면서, 자성체 플레이트(11)와 자석(2)의 한쪽의 면(2a) 사이의 거리(l)가 변화한다. 이하, 이 거리(l)를 자석(2)과 자성체 플레이트(11)의 갭량이라고 부른다. That is, in the
도 6에 자석(2)과 자성체 플레이트(11)의 갭량(l)〔mm〕과 자기 센서(4)를 통과하는 자속 밀도〔mT〕의 관계를 나타낸다. 도 6에 있어서, 특성 I은 주위 온도가 20℃일 때의 관계를 나타내고, 특성 II는 주위 온도가 40℃일 때의 관계를 나타내며, 특성 III은 주위 온도가 60℃일 때의 관계를 나타낸다. 6 shows the relationship between the gap amount I (mm) between the
예컨대, 자성체 플레이트(11)의 초기적인 조립 위치를 l=5 mm로 한 경우, 바이메탈(10)을 이용하지 않는 경우에는, 즉, 온도 변화를 기계적 변위로 변환하는 구조체가 없는 경우에는, 주위 온도가 20℃→40℃→60℃로 상승하면(도 6에 나타내는 화살표 (1), (2)), 자석(2)의 자속 밀도가 저하하며, 자기 센서(4)를 통과하는 자속 밀도가 116 mT→114 mT→112 mT로 저하해 간다. For example, when the initial assembly position of the
이에 대하여, 바이메탈(10)을 이용한 경우에는, 즉, 온도 변화를 기계적 변위로 변환하는 구조체가 있는 경우에는, 주위 온도가 20℃→40℃→60℃로 상승하면(도 6에 나타내는 화살표 (3), (4)), 이 주위 온도의 상승에 추종하여 바이메탈(10)의 중앙부의 위치가 자석(2)으로부터 멀어지는 방향으로 변화하고, 그에 따라 자성체 플레이트(11)가 자석(2)에 대하여 상승하여, 자석(2)과 자성체 플레이트(11)의 갭량(l)이 5 mm→5.35 mm→5.85 mm로 확대되어 간다. 이에 의해, 자기 센서(4)를 통과하는 자속 밀도가 116 mT로 유지되게 되어, 주위 온도의 상승에 따른 자석(2)의 자속 밀도의 저하분이 상쇄된다. On the other hand, when the bimetal 10 is used, that is, when there is a structure for converting the temperature change into the mechanical displacement, if the ambient temperature rises from 20 ° C to 40 ° C to 60 ° C The position of the central portion of the bimetal 10 is changed in a direction away from the
이와 같이 하여, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 주위 온도 변화에 따른 자석(2)의 자속 밀도의 변화분을 상쇄하도록, 자석(2)과 자성체 플레이트(11)의 갭량(l)이 변화하고, 자기 센서(4)에 작용하는 자속 밀도를 일정화시켜, 주위 온도의 변화에 따른 회전 각도의 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있게 된다. In this manner, in the
또한, 전술한 실시형태에서는, 온도 변화를 기계적 변위로 변환하는 구조체로서 바이메탈(10)을 이용하도록 하였지만, 바이메탈(10)과 마찬가지로 구성이 간단하고 제조에 용이한 구조체로서, 도 7에 나타내는 바와 같은 다이어프램(12)을 이용하도록 하여도 좋고, 도 8에 나타내는 바와 같은 벨로우즈(13)를 이용하도록 하여도 좋으며, 도 9에 나타내는 바와 같은 형상 기억 합금제의 스프링(14)을 이용하도록 하여도 좋다. In the above-described embodiment, the bimetal 10 is used as a structure for converting a temperature change into a mechanical displacement. However, as a structure similar to the bimetal 10 and being easy to manufacture, The
〔실시형태의 확장〕[Extension of Embodiment]
이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성이나 상세에는, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러가지 변경을 할 수 있다. While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
밸브·액츄에이터의 개발에 있어서 신규 기술 개발해야 하는 내용에, 액츄에이터의 회전 각도의 검출의 고정밀도화(경년 변화 저감을 포함함)를 들 수 있다. 액츄에이터의 회전 각도의 검출 정밀도를 향상시킴으로써, 제어하는 밸브의 유량 정밀도를 향상시킬 수 있어, 금후 확대해 갈 것이 예상되는 에너지 관리나 에너지 절약 요구를 만족시킬 수 있다. 또한, 비접촉의 자기 센싱 방식에 의해, 에너지 관리를 실시하는 데 있어서 장기간 신뢰성을 확보할 수 있다. 본 발명의 회전 각도 검출기는, 액츄에이터에 한정되지 않고, 포지셔너로의 전개도 가능하다. The development of new technology in the development of valves and actuators includes high precision (including aging reduction) detection of the rotational angle of the actuator. By improving the detection accuracy of the rotation angle of the actuator, it is possible to improve the flow rate accuracy of the valve to be controlled and satisfy the energy management and the energy saving demand which are expected to be expanded in the future. In addition, the non-contact magnetic sensing method can ensure long-term reliability in energy management. The rotation angle detector of the present invention is not limited to an actuator but can also be extended to a positioner.
1A…회전축, 2…자석, 2a…자석의 한쪽의 면, 3…기어, 4…자기 센서, 4a…감자면, 5…프린트 기판, 7…홀더, 8…케이스 본체, 9A…베어링, 10…바이메탈, 11…자성체 플레이트, 12…다이어프램, 13…벨로우즈, 14…형상 기억 합금제의 스프링, 100…회전 각도 검출기. 1A ... Rotation shaft, 2 ... Magnets, 2a ... One side of the magnet, 3 ... Gear, 4 ... Magnetic sensor, 4a ... Potato noodles, 5 ... Printed board, 7 ... Holder, 8 ... Case body, 9A ... Bearing, 10 ... Bimetal, 11 ... Magnetic plate, 12 ... Diaphragm, 13 ... Bellows, 14 ... Shape memory alloy spring, 100 ... Rotation angle detector.
Claims (6)
상기 자기 센서를 기점으로 하여 상기 자석과 반대측에 마련되며, 상기 자기 센서를 사이에 끼워 상기 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치가, 주위 온도 변화에 따라 기계적으로 변위하는 구조체와,
상기 구조체의 상기 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부에 부착된 자성체를 구비하고,
상기 자성체는,
상기 자석의 한쪽의 면과의 사이의 거리가, 상기 구조체의 주위 온도 변화에 따른 상기 자석의 한쪽의 면에 대향하는 면의 중앙부의 위치의 변위에 의해, 상기 자석의 한쪽의 면과 평행한 위치 관계를 유지하면서, 주위 온도 변화에 추종하여 변화하는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기. A magnet rotating in the radial direction about the axis of the rotary shaft and a magnetization direction perpendicular to the radial direction of the magnet in the thickness direction of the magnet, And a magnetic sensor for detecting a change in the magnetic flux density acting on the magnetic field surface, the magnetic sensor being disposed so as to face the magnetosensitive surface in parallel with the center of rotation of the magnet, And a rotation angle detector for detecting a rotation angle of a detection target from a change in magnetic flux density detected by the magnetic sensor,
A structure provided on the side opposite to the magnet with the magnetic sensor as a starting point and the position of the center of the surface facing the one surface of the magnet sandwiching the magnetic sensor is mechanically displaced in accordance with the ambient temperature change;
And a magnetic body attached to a central portion of a surface of the structure facing the one surface of the magnet,
The magnetic body may include:
Wherein a distance between the one surface of the magnet and a surface of the magnet is set to a position parallel to one surface of the magnet by a displacement of a position of the center of the surface facing the one surface of the magnet, And changes in accordance with the ambient temperature change while maintaining the relationship.
상기 자성체는,
상기 자석의 한쪽의 면과의 사이의 거리가, 주위 온도가 상승함에 따라, 상기 자석으로부터 멀어지는 방향으로 변화하는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기. The method according to claim 1,
The magnetic body may include:
Wherein a distance between the magnet and one surface of the magnet changes in a direction away from the magnet as the ambient temperature rises.
상기 구조체는, 바이메탈로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기. 3. The method of claim 2,
Wherein the structure comprises a bimetal.
상기 구조체는, 중공의 다이어프램으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기. 3. The method of claim 2,
Wherein the structure comprises a hollow diaphragm.
상기 구조체는, 벨로우즈로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기. 3. The method of claim 2,
Characterized in that the structure comprises a bellows.
상기 구조체는, 형상 기억 합금제의 스프링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기. 3. The method of claim 2,
Wherein the structure is constituted by a spring made of a shape memory alloy.
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