KR101537903B1 - 회전 각도 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자기 센서와 자석 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남의 허용 범위를 넓혀, 간단한 구성으로 저렴하게 회전 각도의 검출 정밀도를 높일 수 있는 회전 각도 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
자기 센서(4)를 기점으로 하여 자석(2)과는 반대측에 자성체(6A)를 배치한다. 이 자성체(6A)의 자기 센서(4)를 사이에 두고 자석(2)의 한쪽 면(2a)에 평행하게 대향하는 면의 중앙부에 자석(2)측으로 돌출된 볼록부(6a)를 형성한다. 이에 따라, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 자석(2)으로부터의 자속의 흐름이 비교적 수평이 되고, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 X 방향 및 Y 방향의 자속 밀도가 균일해지며, 자기 센서(4)와 자석(2) 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남에 의한 자속 밀도의 변동이 작아져, 회전 각도의 검출 정밀도의 악화가 억제된다.

Description

회전 각도 검출기{ROTATION ANGLE DETECTOR}

본 발명은, 자기 센서가 검출하는 자속 밀도의 변화로부터 검출 대상의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기에 관한 것이다.

종래부터, 이 종류의 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 많이 제안되어 있다.

도 15에 종래의 회전 각도 검출기의 일례를 나타낸다. 도 15에서, 참조부호 1은 회전축, 참조부호 2는 이 회전축(1)의 선단에 부착된 자석이다. 자석(2)은, 그 평면 형상이 원형으로 되어 있고, 직경 방향으로 착자(着磁)되어 있다. 회전축(1)에는 기어(3)가 감합 고정되어 있고, 검출 대상의 회전에 따라서 기어(3)가 회전하며, 이 기어(3)와 일체가 되어 회전축(1)이 회전한다. 즉, 검출 대상의 회전에 따라서 회전축(1)이 축심(O1)을 중심으로 하여 회전하고, 이 회전축(1)과 일체가 되어 자석(2)이 회전한다. 자석(2)은, 그 회전 중심이 회전축(1)의 축심(O1)과 일치하도록, 회전축(1)의 선단에 부착되어 있다.

참조부호 4는 자속 밀도의 변화를 검출하는 자기 센서이다. 자기 센서(4)는, 자석(2)의 직경 방향에 대하여 직교하는 방향을 자석(2)의 두께 방향으로 하여, 이 자석(2)의 두께 방향의 한쪽 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. 참조부호 6은 자기 센서(4)를 기점으로 하여 자석(2)과는 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 유발형으로 되어 있고, 이 유발형으로 되어 있는 회전축(1)의 외주면과 홀더(7) 사이에는 베어링(9)이 설치되어 있다. 이 베어링(9)은, 회전축(1)의 선단의 유발형의 외주면에 맞춰, 이 유발형의 외주면을 축 지지하기 위해, 변형 베어링으로 되어 있다. 한편, 변형 베어링을 이용한 회전 각도 검출기에 관해서는, 특허문헌 1에도 기재되어 있다.

이 회전 각도 검출기(200)에서는, 검출 대상의 회전에 따라서 기어(3)가 회전하고, 이 기어(3)와 일체가 되어 회전축(1)이 회전하며, 이 회전축(1)의 축심(O1)을 중심으로 하여 자석(2)이 회전한다. 즉, 자석(2)의 N극으로부터 S극으로 되돌아오는 자속의 방향이 회전한다. 이에 따라, 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.

한편, 도 15에서, 자기 센서(4)로서는, 홀소자를 이용한 자기 센서, MR 소자(자기 저항 효과 소자)를 이용한 자기 센서 등이 이용된다. 홀소자를 이용한 자기 센서(4)에서는, 그 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 X 방향 및 Y 방향(도 16 참조)으로의 자속 밀도의 변화를 검출한다.

이 회전 각도 검출기(200)에서는, 자기 센서(4)를 기점으로 하여 자석(2)과는 반대측에 원판형의 자성체(6)를 설치하고 있는 것에 의해, 다음과 같은 2개의 효과를 얻을 수 있다.

(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 유발형의 외주면이 베어링(9)(변형 베어링)의 내주면에 압박된다. 이에 따라, 회전축(1)의 축심(O1)과 자석(2)의 회전 중심이 일치하고, 회전축(1)의 가로 방향(X, Y 방향)으로의 축 어긋남이 생기기 어려워져, 회전 각도의 검출 정밀도를 높일 수 있다.

(2) 자기 센서(4)를 자석(2)과 자성체(6) 사이에 둠으로써, 자기 수속 효과에 의해 자기 센서(4)의 주변부의 자속 밀도를 높일 수 있고, 그 결과, 자기 센서(4)의 출력의 S/N비가 향상되어 회전 각도의 검출 정밀도를 높일 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2003-214896호 공보

그러나, 전술한 종래의 회전 각도 검출기(200)에서는, 회전축(1)의 가로 방향으로의 축 어긋남이 생기기 어려워지도록, 베어링(9)으로서 변형 베어링을 이용하고 있고, 회전축(1)의 선단도 유발형으로 해야 하므로, 그 구성이 복잡해지고 비싸진다. 또한, 흡인력에 의해 회전축(1)의 선단의 유발형의 외주면을 베어링(9)(변형 베어링)에 압박하기 때문에, 베어링의 마모가 심하다. 또한, 조립시의 오차 등에 의해 자기 센서(4)의 감자면(4a)의 중심과 자석(2)의 회전 중심 사이에 축 어긋남이 발생하면[이하, 자기 센서(4)와 자석(2) 사이의 가로 방향의 축 어긋남이라고 함], 자기 센서(4)를 통과하는 자속 밀도가 변화되어, 정해진 자속 밀도를 얻을 수 없어, 회전 각도의 검출 정밀도가 악화하는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 자기 센서와 자석 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남의 허용 범위를 넓혀, 간단한 구성으로 저렴하게 회전 각도의 검출 정밀도를 높일 수 있는 회전 각도 검출기를 제공하는 것에 있다.

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 하여, 이 자석의 두께 방향의 한쪽 면에 그 감자면을 평행하게 대향시키고, 또한 그 감자면의 중심을 자석의 회전 중심과 일치시키도록 하여 배치되고, 감자면에 작용하는 자속 밀도의 변화를 검출하는 자기 센서를 포함하며, 자기 센서가 검출하는 자속 밀도의 변화로부터 검출 대상의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기로서, 자기 센서를 기점으로 하여 자석과는 반대측에 배치되고, 자기 센서를 사이에 두고 자석의 한쪽 면에 대향하는 면의 중앙부에, 자석측으로 돌출된 볼록부를 갖는 자성체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 자기 센서를 기점으로 하여 자석과는 반대측에 자성체를 배치하고, 이 자성체의 자기 센서를 사이에 두고 자석의 한쪽 면에 대향하는 면의 중앙부에 자석측으로 돌출된 볼록부를 형성함으로써, 자기 센서의 감자면에 작용하는 자석으로부터의 자속의 흐름이 비교적 수평이 되며, 자기 센서와 자석 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남에 의한 자속 밀도의 변동이 작아져, 회전 각도의 검출 정밀도의 악화가 억제된다.

본 발명에 있어서, 자석은 그 평면 형상이 원형이고, 자성체의 볼록부는 그 평면 형상이 원형이며, 자석 및 자성체의 볼록부의 평면 형상인 원형의 직경을 같게 하면 된다. 이와 같이 하면, 자속 밀도의 변동을 가장 작게 하는 것이 가능해져, 회전 각도의 검출 정밀도의 악화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서, 자성체의 볼록부는, 그 꼭대기부를 대향하는 자석의 한쪽 면과 평행한 원형의 평면으로 하면 된다. 이와 같이 하면, 그 꼭대기부를 둥근 산(山) 형상으로 하거나 뾰족한 산 형상으로 하는 경우보다, 자속 밀도의 변동을 보다 작게 하는 것이 가능해져, 회전 각도의 검출 정밀도의 악화를 보다 작게 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 있어서, 자성체는, 볼록부가 일체적으로 형성된 자성체로 해도 좋고, 볼록부가 별체로서 접합된 자성체로 해도 좋다.

본 발명에 따르면, 자기 센서를 기점으로 하여 자석과는 반대측에 자성체를 배치하고, 이 자성체의 자기 센서를 사이에 두고 자석의 한쪽 면에 평행하게 대향하는 면의 중앙부에 자석측으로 돌출된 볼록부를 형성하도록 했기 때문에, 자기 센서의 감자면에 작용하는 자석으로부터의 자속의 흐름이 비교적 수평이 되고, 자기 센서와 자석 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남에 의한 자속 밀도의 변동이 작아져, 회전 각도의 검출 정밀도의 악화가 억제되게 되며, 이에 따라, 자기 센서와 자석 사이의 가로 방향으로의 축 어긋남의 허용 범위가 넓어지고, 변형 베어링 대신에 통상의 베어링을 사용하는 것이 가능해져, 간단한 구성으로 저렴하게 회전 각도의 검출 정밀도를 높일 수 있게 된다. 또한, 베어링의 마모도 적고, 진동에도 강해진다.

도 1은 본 발명에 따른 회전 각도 검출기의 일 실시형태의 주요부를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 이 회전 각도 검출기에서의 자석과 자기 센서의 배치 관계를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 3은 볼록부를 갖는 자성체와 볼록부를 갖지 않는 자성체를 이용한 경우의 자속의 흐름을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 4는 자성체의 볼록부의 꼭대기부를 자석의 대향하는 면과 평행한 원형의 평면으로 한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(φL=3 mm의 경우, φL=9 mm의 경우, φL=11 mm의 경우, φL: 볼록부의 직경)를 나타내는 도면이다.
도 5는 자성체의 볼록부의 꼭대기부를 둥근 산 형상으로 한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(φL=3 mm의 경우, φL=9 mm의 경우, φL=11 mm의 경우, φL: 볼록부의 직경)를 나타내는 도면이다.
도 6은 자성체의 볼록부의 꼭대기부를 뾰족한 산 형상으로 한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(φL=3 mm의 경우, φL=9 mm의 경우, φL=11 mm의 경우, φL: 볼록부의 직경)를 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 볼록부가 없는 자성체를 이용한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 자성체의 볼록부의 꼭대기부를 자석의 대향하는 면과 평행한 원형의 평면으로 한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(φL=3 mm의 경우, φL=9 mm의 경우, φL=11 mm의 경우, φL: 볼록부의 직경)를 나타내는 도면이다.
도 9는 자성체의 볼록부의 꼭대기부를 둥근 산 형상으로 한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(φL=3 mm의 경우, φL=9 mm의 경우, φL=11 mm의 경우, φL: 볼록부의 직경)를 나타내는 도면이다.
도 10은 자성체의 볼록부의 꼭대기부를 뾰족한 산 형상으로 한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(φL=3 mm의 경우, φL=9 mm의 경우, φL=11 mm의 경우, φL: 볼록부의 직경)를 나타내는 도면이다.
도 11은 종래의 볼록부가 없는 자성체를 이용한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 자성체의 볼록부의 높이를 바꾼 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(t=0.5 mm의 경우, t=1 mm의 경우, t=1.5 mm의 경우, t=2 mm의 경우, t : 볼록부의 높이)를 나타내는 도면이다.
도 13은 자성체의 볼록부의 높이를 바꾼 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서의 중심의 자속 밀도 변화(t=0.5 mm의 경우, t=1 mm의 경우, t=1.5 mm의 경우, t=2 mm의 경우, t : 볼록부의 높이)를 나타내는 도면이다.
도 14는 원판형의 자성체 대신에 원통형의 자성체를 부착한 회전 각도 검출기를 나타내는 측단면도이다.
도 15는 종래의 회전 각도 검출기의 일례를 나타내는 측단면도이다.
도 16은 종래의 회전 각도 검출기에서의 자석과 자기 센서의 배치 관계를 나타내는 평면도 및 측면도이다.

이하, 본 발명을 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 회전 각도 검출기의 일 실시형태의 주요부를 나타내는 측단면도이다. 도 1에서, 도 15와 동일한 부호는 도 15를 참조하여 설명한 구성요소와 동일, 또는 동등한 구성요소를 나타내며, 그 설명은 생략한다.

이 회전 각도 검출기(100)의 종래의 회전 각도 검출기(200)와는 가장 상이한 점은, 자성체(6)의 자기 센서(4)를 사이에 두고 자석(2)의 한쪽 면(2a)에 평행하게 대향하는 면의 중앙부에, 자석(2)측으로 돌출된 볼록부(6a)를 형성한 것에 있다. 이하, 종래의 회전 각도 검출기(200)에서의 자성체(6)와 구별하기 위해, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서의 자성체(6)를 참조부호 6A로 하고, 종래의 회전 각도 검출기(200)에서의 자성체(6)를 참조부호 6B로 한다.

한편, 도 1에서는, 자성체(6A)를 평판형의 자성체로 하고, 이 평판형의 자성체를 가공하여, 그 중앙부에 자석(2)측으로 돌출된 볼록부(6a)를 형성하며, 그 볼록부(6a)의 꼭대기부를 둥근 산 형상으로 하고 있지만, 그 형상이나 치수 등은 후술하는 바와 같이 여러가지로 고려할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 회전축(1)의 선단의 외주면이 유발형으로 되어 있지 않고, 동일한 직경의 평탄면으로 되어 있다. 이하, 종래의 회전 각도 검출기(200)에서의 회전축(1)과 구별하기 위해, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서의 회전축(1)을 참조부호 1A로 하고, 종래의 회전 각도 검출기(200)에서의 회전축(1)을 참조부호 1B로 한다.

또한, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 베어링(9)으로서 변형 베어링이 아니라, 통상의 베어링을 이용하고 있다. 이하, 종래의 회전 각도 검출기(200)에서의 베어링(9)과 구별하기 위해, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서의 베어링(9)(통상의 베어링)을 참조부호 9A로 하고, 종래의 회전 각도 검출기(200)에서의 베어링(9)(변형 베어링)을 참조부호 9B로 한다.

한편, 본 실시형태에 있어서, 자석(2)으로는 네오디뮴 자석, 사마륨 코발트 자석, 알니코 자석 등이 이용되고 있으며, 자성체(6A)로는 탄소강(S45C), 압연 강판(SPCC), 일반 구조용 압연 강재(SS400) 등이 이용되고 있다.

이 회전 각도 검출기(100)에서는, 자성체(6A)의 자기 센서(4)를 사이에 두고 자석(2)의 한쪽 면(2a)에 평행하게 대향하는 면의 중앙부에 자석(2)측으로 돌출된 볼록부(6a)를 형성하고 있기 때문에, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 자석(2)으로부터의 자속의 흐름이 비교적 수평이 된다.

도 3에 볼록부(6a)를 갖는 자성체(6A)와 볼록부(6a)를 갖지 않는 자성체(6B)를 이용한 경우의 자속의 흐름을 비교하여 나타낸다. 도 3의 (a)는 볼록부(6a)를 갖는 자성체(6A)를 이용한 경우의 자속의 흐름을 나타내고, 도 3의 (b)는 볼록부(6a)를 갖지 않는 자성체(6B)를 이용한 경우의 자속의 흐름을 나타낸다. 볼록부(6a)를 갖지 않는 자성체(6B)에서는, 자석(2)과 자성체(6B) 사이의 자속의 흐름은 수평이 되지 않지만(근접해도 마찬가지), 볼록부(6a)를 갖는 자성체(6A)에서는, 자석(2)과 자성체(6A) 사이의 자속의 흐름은 비교적 수평이 된다.

이와 같이, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 자기 센서(4)의 감자면(4a)에 작용하는 자석(2)으로부터의 자속의 흐름이 자성체(6A)의 볼록부(6a)에 의해 비교적 수평이 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.

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 따라, 간단한 구성으로 저렴하게 회전 각도의 검출 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 베어링의 마모도 적고, 진동에도 강해진다.

〔볼록부(6a)의 형상, 치수 등〕

도 1에 나타내는 회전 각도 검출기(100)에서는, 자성체(6A)를 평판형의 자성체로 하고, 이 평판형의 자성체를 가공하여, 그 중앙부에 자석(2)측으로 돌출된 볼록부(6a)를 형성하며, 그 볼록부(6a)의 꼭대기부를 둥근 산 형상으로 하고 있다.

본원의 발명자는, 볼록부(6a)의 꼭대기부를 둥근 산 형상으로 하거나 뾰족한 산 형상으로 하는 경우보다, 자석(2)의 대향하는 면(2a)과 평행한 원형의 평면으로 하는 편이, 자속 밀도의 변동을 보다 작게 할 수 있는 것을 실험에 의해 확인했다. 또한, 자석(2) 및 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 원형의 직경을 같게 하면, 자속 밀도의 변동을 가장 작게 할 수 있는 것을 실험에 의해 확인했다. 또한, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 높이를 조정함으로써, 자속 밀도의 변동을 작게 할 수 있는 것을 실험에 의해 확인했다.

〔X 방향으로의 축 어긋남 시의 자속 밀도 변화〕

도 4에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 자석(2)의 대향하는 면(2a)과 평행한 원형의 평면으로 한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다. 도 5에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 둥근 산 형상으로 한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다. 도 6에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 뾰족한 산 형상으로 한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다.

도 4, 도 5, 도 6에서, (a)는 볼록부(6a)의 직경 φL을 3 mm[자석(2)의 외경보다 작음]로 한 경우, (b)는 볼록부(6a)의 직경 φL을 9 mm[자석(2)의 외경과 동일]로 한 경우, (c)는 볼록부(6a)의 직경 φL을 11 mm[자석(2)의 외경보다 약간 큼]로 한 경우의 자기 센서(4)의 중심의 X 방향 축 어긋남량〔mm〕과 자속 밀도〔mT〕의 관계를 나타내고 있다.

한편, 도 4, 도 5, 도 6에 있어서, 자석(2)은 외경 9 mm, 두께 3 mm의 네오디뮴 자석(등급 S36SH)을 사용하고, 자성체(6A)는 압연 강판(SPCC)을 사용하고 있다. 또한, 자성체(6A)의 두께는 1 mm, 볼록부(6a)의 높이는 1 mm, 자석(2)의 면(2a)으로부터 볼록부(6a)까지의 거리는 5 mm, 자석(2)의 면(2a)으로부터 자기 센서(4)까지의 거리는 1.2 mm 고정으로 되어 있다. 참고로서, 도 7에, 볼록부(6a)가 없는 경우, 즉 종래의 자성체(6B)를 이용한 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다.

〔Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자속 밀도 변화〕

도 8에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 자석(2)의 대향하는 면(2a)과 평행한 원형의 평면으로 한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다. 도 9에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 둥근 산 형상으로 한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다. 도 10에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 뾰족한 산 형상으로 한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다.

도 8, 도 9, 도 10에서, (a)는 볼록부(6a)의 직경 φL을 3 mm[자석(2)의 외경보다 작음]로 한 경우, (b)는 볼록부(6a)의 직경 φL을 9 mm[자석(2)의 외경과 동일]로 한 경우, (c)는 볼록부(6a)의 직경 φL을 11 mm[자석(2)의 외경보다 약간 큼]로 한 경우의 자기 센서(4)의 중심의 Y 방향 축 어긋남량〔mm〕과 자속 밀도〔mT〕의 관계를 나타내고 있다.

한편, 도 8, 도 9, 도 10에 있어서, 자석(2)은 외경 9 mm, 두께 3 mm의 네오디뮴 자석(등급 S36SH)을 사용하고, 자성체(6A)는 압연 강판(SPCC)을 사용하고 있다. 또한, 자성체(6A)의 두께는 1 mm, 볼록부(6a)의 높이는 1 mm, 자석(2)의 면(2a)으로부터 볼록부(6a)까지의 거리는 5 mm, 자석(2)의 면(2a)으로부터 자기 센서(4)까지의 거리는 1.2 mm 고정으로 되어 있다. 참고로서, 도 11에, 볼록부(6a)가 없는 경우, 즉 종래의 자성체(6B)를 이용한 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다.

〔볼록부의 높이에 의한 자속 밀도의 변화(X 방향, Y 방향)〕

도 12에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 높이를 바꾼 경우의 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다. 도 13에, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 높이를 바꾼 경우의 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자기 센서(4)의 중심의 자속 밀도 변화를 나타낸다. 한편, 도 12, 도 13에서, 자성체(6A)는, 그 볼록부(6a)의 꼭대기부를 자석(2)의 대향하는 면(2a)과 평행한 원형의 평면으로 한 것으로 되어 있다.

도 12, 도 13에서, (a)는 볼록부(6a)의 높이 t를 0.5 mm로 한 경우, (b)는 볼록부(6a)의 높이 t를 1 mm로 한 경우, (c)는 볼록부(6a)의 높이 t를 1.5 mm로 한 경우, (d)는 볼록부(6a)의 높이 t를 2 mm로 한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 12, 도 13에서, 자석(2)은 외경 9 mm, 두께 3 mm의 네오디뮴 자석(등급 S36SH)을 사용하고, 자성체(6A)는 압연 강판(SPCC)을 사용하고 있다. 또한, 자성체(6A)의 두께는 1 mm, 볼록부(6a)의 직경 φL은 9 mm, 자석(2)의 면(2a)으로부터 자성체(6A)의 면(6b)까지의 거리는 6 mm, 자석(2)의 면(2a)으로부터 자기 센서(4)까지의 거리는 1.2 mm 고정으로 되어 있다.

도 4∼도 6에 나타낸 X 방향으로의 축 어긋남 시의 자속 밀도 변화로부터, 볼록부(6a)의 직경 φL이 자석(2)의 외경과 동일할 때가 가장 효과가 있고, 그것보다 커지거나 작아지면 효과가 저감하는 것을 알 수 있다. 또한, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 자석(2)의 대향하는 면(2a)과 평행한 원형의 평면으로 한 경우가 가장 효과가 있고, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부가 둥근 산 형상이 되면(모서리가 없어져 곡선이 되면) 효과가 저감하고, 볼록부(6a)의 꼭대기부가 뾰족한 산 형상이 되면(모서리가 더 없어져 직선이 되면) 더욱 효과가 저감하는 것을 알 수 있다.

도 8∼10에 나타낸 Y 방향으로의 축 어긋남 시의 자속 밀도 변화에서는, X 방향으로의 축 어긋남 시의 자속 밀도 변화와 같은 현저한 차는 나타나지 않지만, X 방향으로의 축 어긋남 시의 자속 밀도 변화의 경우와 마찬가지로, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 자석(2)의 대향하는 면(2a)과 평행한 원형의 평면으로 하고, 볼록부(6a)의 직경 φL을 자석(2)의 외경과 동일하게 했을 때가 가장 효과가 있는 것을 알 수 있다.

도 12 및 도 13에 나타낸 볼록부의 높이에 의한 자속 밀도의 변화로부터, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 높이가 t=1 mm 정도가 가장 효과가 크고, 그것보다 커지거나 작아지면 효과가 저감하는 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시형태의 회전 각도 검출기(100)에서는, 자성체(6A)에 형성하는 볼록부(6a)의 형상, 치수 등을 변경함으로써, 자석(2)과 자성체(6A) 사이의 임의의 위치[Z 방향(축방향)]에서의 자속 밀도의 균일화를 컨트롤할 수 있게 된다. 이것은, Z 방향으로의 위치 어긋남에 대해서도 강하고, 자기 센서(4)의 배치에 관하여, 설계 자유도가 높아지는 것을 의미하고 있다.

한편, 이 회전 각도 검출기(100)에서는, 자성체(6A)를 볼록부(6a)가 일체적으로 형성된 자성체로 했지만, 볼록부(6a)가 별체로서 접합된 자성체로 해도 좋다. 예컨대, 자성체(6A)의 볼록부(6a)의 꼭대기부를 자석(2)의 대향하는 면(2a)과 평행한 원형의 평면으로 하는 경우, 자성체(6A)의 중앙부에, 이 자성체(6A)보다 직경이 작은 원형의 자성체를 겹쳐서 접합하도록 한다.

또한, 이 회전 각도 검출기(100)에서는, 자성체(6)를 원판형의 자성체(6A)로 하고 있지만, 도 14에 나타내는 회전 각도 검출기(101)와 같이, 자성체(6)를 원통형의 자성체(6A')로 하고, 이 원통형의 자성체(6A')를 홀더(7)에 씌우도록 하여 부착하도록 해도 좋다. 이에 따라, 자석(2)이나 자기 센서(4)가 자성체(6A')로 덮여, 내노이즈성이 향상된다.

〔실시형태의 확장〕

이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구성이나 상세에는, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러가지 변경을 행할 수 있다.

밸브ㆍ액추에이터의 개발에 있어서 신규 기술 개발해야 할 내용에, 액추에이터의 회전 각도의 검출의 고정밀화(경년 변화 저감을 포함)를 들 수 있다. 액추에이터의 회전 각도의 검출 정밀도를 높임으로써, 제어하는 밸브의 유량 정밀도를 향상시킬 수 있고, 이후 확대해 나갈 것으로 예상되는 에너지 관리나 에너지 절약 요구를 만족시킬 수 있다. 또한, 비접촉의 자기 센싱 방식에 의해, 에너지 관리를 실시함에 있어서 장기 신뢰성을 확보할 수 있다. 본 발명의 회전 각도 검출기는, 액추에이터에 한정되지 않고, 포지셔너로의 전개도 가능하다.

1A : 회전축 2 : 자석
2a : 자석의 한쪽 면 3 : 기어
4 : 자기 센서 4a : 감자면
5 : 프린트 기판 6A, 6A' : 자성체
6a : 볼록부 7 : 홀더
8 : 케이스 본체 9A : 베어링
100, 101 : 회전 각도 검출기

Claims (5)

1. 회전축과, 이 회전축의 축심을 중심으로 하여 회전하며 직경 방향으로 착자(着磁)된 자석과, 이 자석의 직경 방향에 대하여 직교하는 방향을 그 자석의 두께 방향으로 하여, 이 자석의 두께 방향의 한쪽 면에 그 감자면(感磁面)을 평행하게 대향시키고, 또한 그 감자면의 중심을 상기 자석의 회전 중심과 일치시키도록 하여 배치되어, 상기 감자면에 작용하는 자속 밀도의 변화를 검출하는 자기 센서를 포함하며, 상기 자기 센서가 검출하는 자속 밀도의 변화로부터 검출 대상의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출기로서,
   상기 자기 센서를 기점으로 하여 상기 자석과는 반대측에 배치되고, 상기 자기 센서를 사이에 두고 상기 자석의 한쪽 면에 대향하는 면의 중앙부에, 상기 자석측으로 돌출된 볼록부를 갖는 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기.
2. 제1항에 있어서, 상기 자석은 그 평면 형상이 원형이고, 상기 볼록부는 그 평면 형상이 원형이며, 상기 자석 및 상기 볼록부는, 그 평면 형상인 원형의 직경이 동일하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기.
3. 제1항에 있어서, 상기 볼록부는, 그 꼭대기부가 상기 자석의 한쪽 면과 평행한 원형의 평면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기.
4. 제1항에 있어서, 상기 자성체는, 상기 볼록부가 일체적으로 형성된 자성체인 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기.
5. 제1항에 있어서, 상기 자성체는, 상기 볼록부가 별체로서 접합된 자성체인 것을 특징으로 하는 회전 각도 검출기.

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