KR20030035926A - 각도 센서 - Google Patents

각도 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20030035926A
KR20030035926A KR1020020064577A KR20020064577A KR20030035926A KR 20030035926 A KR20030035926 A KR 20030035926A KR 1020020064577 A KR1020020064577 A KR 1020020064577A KR 20020064577 A KR20020064577 A KR 20020064577A KR 20030035926 A KR20030035926 A KR 20030035926A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
permanent magnet
rotation
hall element
range
center
Prior art date
Application number
KR1020020064577A
Other languages
English (en)
Inventor
오카자키히로유키
히라마쓰야수히로
Original Assignee
타이코 일렉트로닉스 에이엠피 케이.케이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2001333818A external-priority patent/JP2003177004A/ja
Application filed by 타이코 일렉트로닉스 에이엠피 케이.케이. filed Critical 타이코 일렉트로닉스 에이엠피 케이.케이.
Publication of KR20030035926A publication Critical patent/KR20030035926A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

본 발명은 영구자석과 홀 소자를 조합시킨 각도 센서에 있어서 회전각도의 검출정도를 높이기 위한 것으로, 본 발명에 의한 영구자석(36)은 기준위치에 있는 로터(14)의 회전중심(C)에서 거리(r)만큼 이격한 로터(14)의 바로 밑에 위치하고, 영구자석(36)의 N극과 S극을 잇는 축선(68)이 로터(14)의 회전중심(C)을 향하도록 로터(14)에 취부되어 있다. 한편, 패키지(44)는 홀 소자(50)가 회전중심(C)로부터 거리(V)만큼 이격하고, 나아가 홀 소자(50)이 축선(68)상에 위치하도록 커버(16)에 고정되어 있다. 이 때 패키지(44)의 방향은 도 4에 나타나는 것과 같이 홀 소자(50)의 자속검출방향(70)이 축선(68)과 직교하는 방향이 된다. 이와 같이 홀 소자(50)의 위치를 회전중심(C)에서 약간 어긋나게 함으로써 고정도의 각도 센서(1)가 얻어진다.

Description

각도 센서{angle sensor}
본 발명은 영구자석과 홀 소자(hall effect element, magnetic converting element)와의 조합에 의해 구성된 각도 센서에 관한 것이다.
종래에는 영구자석과 홀 효과소자(자기변환소자, 이하 단순히 홀 소자라 한다.)를 조합시킨 회전각 센서가 일본 특개평10-132506호 공보에 개시되어 있다. 이 센서는 자동차 내연기관의 스로틀(throttle) 개도(開度)를 검출하기 위하여 안출된 것이다. 이 센서는 회동축에 형성된 로토(rotor)부에 단면이 반원상인 영구자석이 회동축과 동심으로 배치되고, 또한 홀 소자가 회동축의 중심축선상에 위치하는 미회동 지지체에 배치되어 있다. 영구자석이 홀 소자에 대해 상대적으로 회전하면 홀 소자의 감자면(感磁面)에 대한 자계 방향이 변화하고 그 변화한 각도에 대응한 전기신호가 홀 소자에서 출력된다. 영구자석의 변화한 각도 즉 스로틀의 개도에 대응한 전기신호를 출력하게 되어 있다.
또한 일본 특개평5-26610호 공보에는 내연기관의 스로틀 개도 검출용 스로틀 포지션센서가 개시되어 있다. 이 센서는 회전축을 중심으로 하는 원호상에 원호상으로 형성된 한 쌍의 영구자석이 병설되고, 그 중앙에 고정부재에 의해 지지된 홀소자가 스로틀 개도 검출용으로 배치되어 있다.
또한 회전축(샤프트)의 칼라부(collar section)에 다른 영구자석이 배치되고 고정부재의 대응하는 위치에는 다른 홀 소자가 근접하여 아이들(idle) 검출용으로 배치되어 있다. 이 아이들(idle) 검출용 홀 소자는 아이들시에 한 쌍의 영구자석의 경계상에 위치하도록 구성되어 있다.
스로틀 개도를 검출하기 위한 상술한 종래 기술에 있어서는 영구자석이 스로틀의 개도에 비례하여 회동하면 홀 소자가 변화한 자계를 스로틀의 개도에 따른 출력 전기신호로 변환하고, 이 신호를 기초로 엔진을 전자적으로 제어하게 되어 있다. 종래의 이러한 홀 소자와 영구자석의 배열은 영구자석의 회동중심에 홀 소자가 위치하도록 되어 있다. 이 방식은 검출정도를 약 2% 공차 내로 할 수 있으나 더욱 높은 검출정도가 요구되고 있어 상기의 각도 센서로는 대응하는 데에 한계가 있다. 그 이유는 센서각도와 홀 소자의 출력전압이 소정의 각도범위 내에서 Sin곡선이 되고, 직선적인 1차함수가 되지 않아 진정치와 출력치와의 상관성, 이른바 직선성이 나쁘기 때문이다. 보다 구체적으로는 기준위치를 중심으로 ±45° 범위에서는 비교적 직선적이지만 직선성으로 환산하면 100mV정도의 편차 즉 오차가 있다. 이 오차가 홀 소자의 출력의 약 2%에 상당한다.
본 발명은 이상과 같은 점을 감안하여 안출된 것으로 회전각도의 검출정도가 높은 각도센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 각도 센서의 분해사시도.
도 2는 도 1의 2-2선에 따른 각도 센서의 종단면도.
도 3은 도 1의 3-3선에 따른 각도 센서의 횡단면도.
도 4는 로터에 취부된 영구자석과 홀 소자를 갖는 패키지와의 위치관계를 나타내는 개념도.
도 5는 종래의 오프세트 거리(V)가 0인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서 (a)는 회전각도가 ±180°의 범위인 때의 자속밀도와 회전각의 관계, (b)는 회전각도가 ±90°의 범위인 때의 자속밀도와 근사직선과의 관계, (c)는 도 5(b)의 경우의 직선성, (d)는 회전각도가 ±45°의 범위인 때의 회전각도와 자속밀도와의 관계, (e)는 도 5(d)의 경우의 직선성을 각각 나타낸다.
도 6은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 0.5/10인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서, (a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다.
도 7은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 1/10인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서, (a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다.
도 8은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 1.5/10인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서, (a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다.
도 9는 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 2/10인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서, (a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다.
도 10은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 2.5/10인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서, (a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다.
도 11은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 3/10인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서, (a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다.
도 12는 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 3.5/10인 경우의 데이터를 나타내는 그래프로서, (a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다.
* 주요 도면부호의 간단한 설명
1 각도 센서14 회전체(로터)
16 고정체(커버) 36 영구자석
50 홀 소자68 축선
70검출방향C회전중심
r 소정거리V오프세트 거리
θ 회전각
본 발명의 각도 센서는 회전각도를 검출하는 회전체에 취부된 영구자석과, 고정체에 취부된 홀 소자를 구비하고, 해당 홀 소자가 상대적으로 회동하는 영구자석으로부터의 자속밀도 크기에 따른 전기신호를 출력함으로써 회전체의 회전속도를 검출하도록 구성된 각도 센서에 있어서, 영구자석이 회전체의 회전중심에서 소정거리 떨어진 위치에 영구자석의 축선이 회전중심을 향하도록 배치되고, 홀 소자가 회전체의 기준위치에 있어서 축선상에서 회전중심으로부터 소정거리보다 작은 거리에 상기 회전중심을 끼워서 영구자석과 반대측에 오프세트한 위치에 홀 소자의 자속검출방향이 영구자석의 축선을 향하는 방향과 직교하도록 배치되고, 영구자석의 소정거리와 홀 소자의 오프세트 거리의 비율 및 회전체의 회동각이 출력되는 전기신호가 선형으로 변화하는 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한 본 발명의 각도 센서는 회전각도를 검출하는 회전체에 취부된 영구자석과, 고정체에 취부된 홀 소자를 구비하고, 해당 홀 소자가 상대적으로 회동하는 영구자석으로부터의 자속밀도 크기에 따른 전기신호를 출력함으로써 회전체의 회전각도를 검출하도록 구성된 각도 센서에 있어서, 영구자석이 회전체의 회전중심에서 소정거리 떨어진 위치에 상기 영구자석의 축선이 상기 회전중심을 향하도록 배치되고, 홀 소자가 회전체의 기준위치에 있어서 축선상에서 회전중심으로부터 소정거리보다 작은 거리에 상기 회전중심을 끼워서 영구자석과 반대측에 오프세트한 위치에 홀 소자의 자속검출방향이 영구자석의 축선을 향하는 방향과 직교하도록 배치되고, 영구자석의 소정거리와 홀 소자의 오프세트 거리의 비율 및 상기 회전체의 회동각이 출력되는 전기신호가 소정의 오차범위에 들도록 설정되어 있는 것을 특징으로하는 것이다.
여기서 영구자석의 축선이란 영구자석의 N극과 S극을 통과함과 동시에 그 자석의 중심을 통과하는 가상의 직선을 말하는 것이다.
또한 영구자석의 소정거리와 홀 소자의 오프세트 거리의 비는 10:0.5에서 10:3.5의 범위인 것이 바람직하다.
또한 회전체의 회동각이 ±90°범위이고 상기 오프세트 거리의 비가 10:1.5에서 10:2.5의 범위인 것이 바람직하다.
또한 회전체의 회전각이 ±45°범위인 것이 바람직하다.
(발명의 실시예)
이하, 본 발명의 각도 센서(이하, 센서라 한다)의 바람직한 실시형태에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 센서의 분해사시도, 도 2는 도 1의 2-2선에 따른 센서의 종단면도, 도 3은 도 1의 3-3선에 따른 센서의 횡단면도이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 센서(1)는 측에 개방한 공동(4)을 갖는 절연성 하우징(2)과, 이 공동(4) 내에 순차배치되는 씰링(6), 코일용수철(8), 파상 와셔(10), 환상 요크(yoke)(12), 로터(14), 이들 부품을 공동(4) 내에 조립한 후 공동(4)을 봉지(封止)하는 커버(16, 고정체) 및 커버(16)에 취부되는 홀 소자(50)(도 3, 도 4)를 포함하는 패키지(44)를 갖는다. 그리고 패키지(44)는 A/D컨버터, DSP(디지털 시그널 프로세스), D/A컨버터 및 아날로그 증폭기를 일반적으로 포함하고 통상 홀 IC라 불린다.
공동(4)은 상부가 원호상으로 형성되고 전술한 로터(14)가 삽통되는관통공(18)을 갖는다. 또한 하우징(2)의 상부에는 각각 취부공(20)을 갖는 한 쌍의 플랜지(22)를 갖고 엔진(미도시)의 소정 위치에 취부되어 있다. 더욱이 하우징(2)의 하부는 센서(1)의 출력을 전자제어장치(미도시)에 전기적으로 접속하는 커넥터부(24)가 일체로 형성되어 있다. 커넥터부(24)에는 도 2에 가장 잘 나타낸 바와 같이 상대방 커넥터(미도시)가 감합하는 감합요부(26)가 형성되어 있다. 이 감합요부(26)에는 공동(4) 내로 뻗는 세 개의 단자(28)(도 2)가 병설되어 있다.
다음으로 공동(4) 내에 배치되는 각 부품에 대해 더욱 상세히 설명한다. 수지제의 로터(14)는 원판상의 날(30)과 이 날(30)의 중앙에서 날(30)에 대해 직각으로 뻗는 원통형 동체부(32)를 갖는다. 날(30)과 동체부(32)에는 그들의 내부를 동심으로 뻗는 취부공(34, 35)이 형성되어 있다. 취부공(34)에는 엔진의 스로틀밸브(미도시)에 연결된 샤프트(미도시)가 삽통되어 고정된다. 날(30)의 외측가장자리부 근방에는 원통형 영구자석(36)을 수용하는 수용요부(38)가 형성되어 있다. 동체부(32)의 선단 근방에는 씰링(6)이 감착되는 환상 단부(40)가 형성되어 있다. 또한 날(30)의 외주 일부에 절결(58)이 형성되고, 이 절결(58)의 양단부에 내향 돌기(58a)가 형성되어 있다. 이 절결(58)에 인접하여 날(30)의 외면에 만곡요부(60)가 형성되어 있다.
돌기(58a)에는 코일용수철(8)의 단부 훅(hook)(9)이 걸리고 로터(14)를 소정 방향 즉 스로틀밸브를 폐쇄하는 방향으로 부세하도록 구성되어 있다. 만곡요부(60)는 훅(9)의 선단부(9a)를 수용하고 선단부(9a)가 다른 부재와 간섭하지 않도록 하기 위한 것이다. 날부(30)의 하단에는 로터(14)의 회전범위를 규제하는 철부(64)가 일체로 돌설되어 있다. 이 철부(64)는 하우징(2)의 공동(4) 내에 형성된 하향 한 쌍의 정지면(66)과 계합하여 로터(14)의 회동범위를 규제하도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 로터(14)가 기준위치에 있는 때, 철부(64)는 도 1에 나타나는 바와 같이 바로 밑에 위치하고, 철부(64)가 정지면(66)에 계합하기까지 소정의 범위에서 로터(14)가 회동가능하도록 구성되어 있다.
커버(16)는 공동(4)의 개구형상에 합치한 외형상을 갖는 윗 가장자리가 호 모양의 거의 판상이다. 커버(16)의 거의 중앙 내측에는 로터(14)의 취부공(35)에 삽입되는 원통형 철부(42)(도 2, 도 3)가 일체로 형성되어 있다. 이 철부(42)에는 패키지(44)를 삽입하는 삽입구(46)가 형성되어 있다. 단면이 거의 사각형인 삽입구(46)에는 상면 양단을 모따기된 거의 직방형 패키지(44)가 삽입되어 고정된다. 이 때 중요한 것은 도 3 및 후술하는 도 4에 가장 잘 나타난 바와 같이 패키지(44)가 로터(14)의 회전중심(C)(도 4)에서 한 쪽으로 치우치고 따라서 패키지(44)의 폭방향 중심에 배치된 홀 소자(50)도 상기 회전중심(C)에서 한 쪽으로 치우쳐 있는 것이다. 이 기능에 대해서는 후술한다.
패키지(44)로부터는 홀 소자에 연결된 핀 모양의 3장의 콘택트(48)가 하방으로 뻗어 있다. 커버(16)의 외면(16a)에 연통하여 하방으로 뻗는 홈(52) 및 홈(52)의 하단에서 전술한 3개의 단자(28)에 대응하여 뻗는 3개의 캐버티(54)가 형성되어 있다. 콘택트(48)는 이 홈(52)에 배설됨과 동시에 단자(28)쪽으로 만곡한 선단부(48a)가 캐버티(54)에 배치되어 전술한 단자(28)와 납땜되어 전기적으로 접속된다.
로터(14)가 공동(4) 내에 배치된 때, 도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이 씰링(6)에 의해 하우징(2)의 관통공(18)과 로터(14)와의 사이가 씰되어 물, 기름 등이 하우징(2) 내부에 진입하는 것이 방지된다. 코일용수철(8)은 하우징(2)의 환상 홈(56) 내에 배치된다. 그리고 파상 와셔(10)는 로터(14)의 날(30)에 형성된 환상 홈(62) 내에 하우징(2)과 로터(14)사이에 배치된다. 이에 따라 와셔(10)는 항상 로터(14)를 커버(16)측에 부세하고 패키지(44)의 홀 소자(50)와 로터(14)에 보호 유지된 영구자석(36)과의 위치관계를 일정하게 한다. 보다 상세하게는 도 3에 나타나는 바와 같이 영구자석(36)의 중심과 홀 소자(50)와는 동일 평면 내에 있도록 위치가 정해진다. 동일 평면에서 약간 어긋나 있어도 좋지만 검출 감도는 동일 평면에 있을 때가 가장 좋다. 전술한 요크(12)는 금속제로서 로터(14)의 외측에 감착되어 2차원적으로 폐쇄된 자기회로를 구성하고, 외부의 자기적인 영향이 홀 소자(50)에 미치지 않도록 하고 있다.
다음으로 도 4를 참조하여 본 발명 실시형태의 센서의 작동에 대해 설명한다. 도 4는 로터(14)에 취부된 영구자석(36)과 홀 소자(50)를 갖는 패키지(44)와의 위치관계를 나타내는 개념도이고 로터(14)가 기준위치에 있는 상태를 나타낸다. 영구자석(36)은 그 단면(37)이 로터(14)의 회전중심(C)에서 거리(r)만큼 이격한 로터(14)의 바로 밑에 위치하고, 영구자석(36)의 N극과 S극을 잇는 축선(68)이 로터(14)의 회전중심(C)을 향하도록 로터(14)에 취부되어 있다. 한편, 패키지(44)는 홀 소자(50)가 회전중심(C)로부터 거리(V)만큼 이격하고, 나아가 홀 소자(50)이 축선(68)상에 위치하도록 커버(16)에 고정되어 있다. 이 때 패키지(44)의 방향은 도4에 나타나는 것과 같이 홀 소자(50)의 자속검출방향(70)이 축선(68)과 직교하는 방향이 된다.
다음으로 로터(14)가 기준위치에서 시계반대방향으로 각도(θ) 만큼 회전했다고 하자. 이 때의 영구자석(36)과 홀 소자(50)과의 거리를 L, 영구자석(36)과 축선(68)과 이루는 각도를 δ라 한다면 다음 계산식이 성립된다.
즉 홀 소자의 출력∝Bsinδ
또한 홀 소자의 출력∝1/L2
따라서 홀 소자의 출력∝Bsinδ/L2= Br/Lsinθ/L2= Br/L3sinθ
여기서 B는 영구자석(36)의 자속밀도이다.
이 계산식에 의해 기본적으로 자속밀도B에 비례한 sin곡선의 홀 소자의 출력이 얻어진다. 이 sin곡선은 기준위치 근방에서는 선형의 출력이 얻어진다.
다음으로 홀 소자(50)의 오프세트 거리(V)를 바꾼 때의 자속밀도변화 및 직선성(근사치로부터의 오차)에 대해 계산식으로 구한 결과를 도 5에서 도 12에 나타낸다. 도 5는 종래의 오프세트 거리(V)가 0인 경우, 즉 홀 소자(50)이 회전중심(C)에 있는 때의 데이터를 나타내는 그래프이고 도 5(a)는 영구자석(36)의 회전각도(회전각)이 ±180°범위인 때의 자속밀도와 회전각의 관계, 도 5(b)는 회전각도가 ±90°범위인 때의 자속밀도와 근사치 직선과의 관계, 도 5(c)는 도 5(b)인 경우의 직선성, 도 5(d)는 회전각도가 ±45°범위인 때의 회전각도와 자속밀도와의 관계, 도 5(e)는 도 5(d)인 경우의 직선성을 각각 나타낸다.
도 6부터 도 12는 본 발명의 실시형태의 데이터를 나타낸다.
도 6은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 0.5/10인 경우에 대한 것으로서 도 6(a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다. 도 7은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 1/10인 경우에 대한 것으로서 도 7(a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다. 도 8은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 5/10인 경우에 대한 것으로서 도 8(a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다. 도 9는 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 2/10인 경우에 대한 것으로서 도 9(a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다. 도 10은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 2.5/10인 경우에 대한 것으로서 도 10(a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다. 도 11은 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 3/10인 경우에 대한 것으로서 도 11(a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다. 도 12는 오프세트 거리(V)가 영구자석 회전반경(r)의 3.5/10인 경우에 대한 것으로서 도 12(a), (b), (c), (d), (e)는 각각 도 5(a), (b), (c), (d), (e)에 대응하는 데이터를 나타낸다. 그리고 오프세트 거리(V)에 대해서는 각각 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 및 3.5로 생략하여 나타낸다. 또한 영구자석(36)이 도 4에 나타내는 기준위치에서 시계 반대방향으로 회전한 때에 그래프의 값은 정(+)이 되고, 시계방향으로 회전한 때에는 부(-)가 된다.
이하 이들 데이터에 대해 상세히 설명한다.
도 5에서 도 12에서의 (a)그래프는 영구자석(36)이 ±180°의 범위에서 이동한 때의 홀 소자(50)가 검출하는 자속밀도(B)의 변화를 나타내고 대략 sin곡선에 근사한 그래프가 되어 있다. 회전각도θ가 0°즉 기준위치의 근방이 가장 직선적으로 변화하고 있고 회전각도θ가 증대함에 따라 자속밀도(B)는 증대하지만 자속밀도(B)의 피크를 넘으면 회전각도θ가 증가하여도 그래프는 곡선을 그리듯이 변화하여 자속밀도는 저하된다. 0°를 포함하는 곡선이 직선에 가까운만큼 또한 큰 회전각도θ에 이르기까지 그 직선의 상태가 지속하는 만큼 센서로서 정확하고 광범위한 우수한 것이 된다. 종래 경우의 도 5에 있어서는 0°근방을 제외하고 출력방향이 직선적인 추이에서 약간 어긋난 완만한 곡선이 되어 있다. 도 6에서 도 12에 나타나는 오프세트 거리(V)가 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 및 3.5에 대해서는 양호한 직선적인 변화량을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 이들 곡선에 가장 가까운 직선을 근사직선으로 하고 곡선이 근사직선에서 어느 정도 격리되어 있는가를 판단함으로써 센서(1)에 적합한 오프세트 거리(V)의 위치 및 회전각도θ를 알 수 있다.
본 실시형태에서 적용되는 스로틀밸브의 개폐기구(미도시)는 대략 ±45°의 범위 내에서 사용되고 또 다른 용도 예를 들면 로봇의 관절 등에 대해서는 ±90°의 범위에서 사용되므로 이들 범위에서의 자속밀도(B)의 변화를 보면 다음과 같다.
첫째로 종래의 오프세트 거리(V)가 0인 경우에 대해 도 5(b) 및 도 5(d)를 참조하여 설명한다. 도 5(b) 및 도 5(d)는 자속밀도(B)를 나타내는 sin곡선(단, 부분적이다)이 해당 곡선에 근사한 직선(근사직선)에서 격리된 정도 즉 오차를 나타내고 있다. 그리고 도 5(b) 및 도 5(d)에 나타나는 직선은 도시된 각도범위 내의 곡선의 근사직선을 나타내므로 반드시 같지는 않다. 도 5(b)에 나타내는 ±90°의 범위에서는 비교적 오차가 크고 도 5(d)에 나타내는 ±45°의 범위에서는 비교적 오차가 작다. 이 오차를 수치로 나타낸 것이 도 5(b) 및 도 5(d)에 각각 대응하는 도 5(c) 및 도 5(e)의 직선성 그래프이다. 이 그래프는 자속밀도(B)의 오차가 실제 어느 정도의 출력오차가 되어 있는지를 나타내는 것으로서 ±90°의 범위에서는 계측할 수 없을 만큼 매우 크다는 사실을 알 수 있다. 이것은 자속밀도(B)의 크기에 따라 홀 소자(50)에 의해 출력되는 전기신호의 오차가 매우 크고 보정이 곤란하다는 것을 나타내고 있다. 따라서 ±90°의 범위에서는 정확하고 뛰어난 센서(1)로서 사용할 수 없다. 또한 도 5(e)에 나타나는 것과 같이 ±45°의 범위에서는 ±45°인 때에 최대 약 ±90mV의 오차가 발생한다. 이 오차는 홀 소자(50)의 출력이 통상 5V정도인 것을 감안하면 ±90mV의 오차량은 ±1.8%의 오차에 상당한다. 따라서 오프세트 거리(V)가 0이고 ±45°의 범위에서 사용하는 경우 센서는 최대 ±1.8%의 오차를 갖게 된다.
다음으로 오프세트 거리(V)가 0.5인 경우에 대해 도 6(b), 도 6(d) 및 이들에 대응하는 도 6(c), 도 6(e)를 참조하여 설명한다. ±90°의 범위에서는 근사직선으로부터의 격리정도는 도 6(c)에 나타나는 바와 같이 계측할 수 없을 만큼 크고, 종래의 경우와 동일하게 사용할 수 없다. ±45°의 범위에서는 ±45°인 때에 최대 약 ±60mV의 오차가 발생한다. 이 오차는 홀 소자(50)의 출력이 통상 5V정도인 것을 감안하면 ±60mV의 오차량은 ±1.2%의 오차에 상당한다. 따라서 ±45°의범위에서는 도 5에 나타내는 종래의 경우보다도 오차가 작고 고정도로 검출가능하다는 것을 알 수 있다. 따라서 오프세트 거리(V)가 1인 경우에 대해서는 ±45°의 범위에서 뛰어난 센서(1)로서 사용할 수 있다.
다음으로 오프세트 거리(V)가 0.5인 경우에 대해 도 7(b), 도 7(d) 및 이들에 대응하는 도 7(c), 도 7(e)를 참조하여 설명하면 ±90°의 범위에서는 근사직선으로부터의 격리정도는 같이 계측할 수 없을 만큼 크고, 종래의 경우와 동일하게 사용할 수 없다. ±45°의 범위에서는 ±45°인 때에 약 ±30mV의 오차가 발생한다. 이는 홀 소자(50)의 출력이 통상 5V정도인 것을 감안하면 ±30mV의 오차량은 ±0.6%의 오차에 상당한다. 또한 ±45°근방을 제외하고 거의 전역에서 ±20mV미만이 되어 직선성이 좋다. 이 직선성의 양호함은 출력을 보정하는 것이 용이하고 이로 인해 오차를 한층 작게 할 수 있다는 것을 의미하고 있다. 따라서 ±45°의 범위에서는 센서(1)는 도 5에 나타내는 종래의 경우 및 오프세트량 0.5의 경우보다도 고정도로 검출할 수 있다. 따라서 오프세트 거리(V)가 1인 경우에 대해서는 ±45°의 범위에서 뛰어난 센서(1)로서 사용할 수 있다.
다음으로 오프세트 거리(V)가 1.5인 경우에 대해 도 8(b), 도 8(d) 및 이들에 대응하는 도 8(c), 도 8(e)를 참조하여 설명한다. ±90°의 범위에서는 근사직선으로부터의 격리정도는 ±45°인 때에 약 ±90mV의 오차가 발생한다. 이 오차는 약 1.8%의 오차가 된다. 그러나 이것은 전술한 오프세트량 0, 0.5, 1의 경우와 비교하여 월등하게 개선된 수치를 나타내고 수치적으로는 다소 크지만 ±90° 범위에 있어서의 검출정도의 향상은 월등한 것이라 말할 수 있다. ±45°의 범위에서는 도8(d)에 나타나는 것과 같이 곡선은 근사직선에 대략 겹쳐 있고, 오차가 거의 없다는 것을 알 수 있다. 이것은 홀 소자(50)의 출력을 보정하지 않아도 그대로 사용할 수 있다는 것을 나타내고 있다. 따라서 오프세트 거리(V)가 1.5인 경우에 대해서는 ±90°및 ±45°의 범위에서 뛰어난 센서(1)로서 사용할 수 있다. 특히 ±45°의 범위에서 뛰어나다.
다음으로 오프세트 거리(V)가 2인 경우에 대해 도 9(b), 도 9(d) 및 이들에 대응하는 도 9(c), 도 9(e)를 참조하여 설명한다. ±90°의 범위에서는 곡선과 근사직선과는 거의 겹쳐있고 격리정도는 약 ±20mV의 범위 내로 되어 있다. 이것은 약 0.4%의 오차가 되어 극히 작은 것이라 할 수 있다. ±45°의 범위에서도 마찬가지로 곡선과 근사직선은 거의 겹쳐있고 오차도 ±10mV의 범위 내로 되어 있다. 이것은 약 0.2%의 오차로서 극히 작다. 따라서 오프세트 거리(V)가 2인 경우에 대해서는 ±90°및 ±45°의 범위에서 뛰어난 센서(1)로서 사용할 수 있다.
다음으로 오프세트 거리(V)가 2.5인 경우에 대해 도 10(b), 도 10(d) 및 이들에 대응하는 도 10(c), 도 10(e)를 참조하여 설명하면, ±90°의 범위에서는 곡선과 근사직선과는 거의 겹쳐있고 격리정도는 약 ±90mV의 범위 내로 되어 있다. 이것은 약 1.8%의 오차가 된다. 그러나 오프세트 거리(V)가 1.5인 경우(도 8)과 마찬가지로 종래(도 5)와 비교하여 월등히 양호한 수치로서 충분히 효과적인 검출이 가능하다. ±45°의 범위에서도 마찬가지로 곡선과 근사직선과는 거의 겹쳐있고 오차도 약 ±30mV의 범위 내로 되어 있다. 이것은 약0.6%의 오차이고 극히 작다. 따라서 오프세트 거리 V가 2.5의 경우에서는 ±90°및 ±45°의 범위에서 우수한 센서로서 사용할 수 있다.
다음으로 오프세트 거리(V)가 3인 경우에 대해 도 11(b), 도 11(d) 및 이들에 대응하는 도 11(c), 도 11(e)를 참조하여 설명하면, ±90°의 범위에서는 곡선과 근사직선과는 다소 어긋나 있다. 격리정도는 약 ±90°의 위치에 있어서 계측할 수 없을 정도로 큰 오차가 되어 있다. 따라서 이 범위에서는 사용할 수 없다. ±45°의 범위에서는 곡선과 근사직선은 거의 겹쳐있고 오차도 ±50mV의 범위 내로 되어 있다. 이것은 약 1%의 오차로서 충분히 사용할 수 있다. 따라서 오프세트 거리(V)가 3인 경우에 대해서는 ±45°의 범위에서 뛰어난 센서(1)로서 사용할 수 있다.
다음으로 오프세트 거리(V)가 3.5인 경우에 대해 도 12(b), 도 12(d) 및 이들에 대응하는 도 12(c), 도 12(e)를 참조하여 설명하면, ±90°의 범위에서는 곡선과 근사직선과는 다소 어긋나 있다. 격리정도는 약 ±40°및 ±90°의 위치에 있어서 계측할 수 없을 정도로 큰 오차가 되어 있다. 따라서 이 범위에서는 사용할 수 없다. ±45°의 범위에서는 곡선과 근사직선은 거의 겹쳐있고 오차도 ±60mV의 범위 내로 되어 있다. 이것은 약 1.2%의 오차로서 충분히 사용할 수 있다. 따라서 오프세트 거리(V)가 3.5인 경우에 대해서는 ±45°의 범위에서 뛰어난 센서(1)로서 사용할 수 있다.
이상으로부터 ±90°의 범위에서는 오프세트 거리(V)가 1.5에서 2.5의 범위에서 종래보다도 고정도로 회전각을 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그 중에서도 오프세트 거리(V)가 2인 때(도 9(c))가 가장 좋다. 또한 ±45°의 범위에서는오프세트 거리(V)가 0.5에서 3.5의 범위에서 종래보다도 고정도로 회전각을 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또 그 중에서도 오프세트 거리(V)가 1.5(도 8(e))인 때가 가장 좋다. 따라서 오프세트 거리(V)는 0.5에서 3.5의 범위에서 사용할 수 있다. 검출된 출력전기신호는 보정회로에 의해 보정함으로써 검출정도를 더욱 높일 수 있다. 또한 상기에 설정한 오프세트 거리(V)의 중간 오프세트 거리(V)에 대해서는 그 양측 데이터에 근사한 중간적인 데이터가 얻어지는 것으로 추측된다. 이와 같이 홀 소자(50)의 위치를 회전중심(C)에서 약간 위치를 어긋나게 하는 것만으로 고정도의 센서(1)가 얻어지므로 부품수가 적고 저비용으로 제조할 수 있다.
이상 본 발명에 대해 상세히 설명하였으나 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니며 각종 변형, 변경이 가능하다는 것은 당연하다. 예를 들면 영구자석의 축선은 회전중심(C)을 지나는 것이 필요하지만 N극 혹은 S극의 어느 쪽이든 회전중심측에 있어도 좋다. 상기 실시형태와 달리 S극이 내측에 있는 때는 홀 소자(50)의 출력의 플러스와 마이너스가 반대로 되어 있을 뿐이므로 보정회로로 용이하게 변환할 수 있고 실용상 문제는 없다.
본 발명의 각도 센서는 영구자석이 회전체의 회전중심에서 소정거리 떨어진 위치에 영구자석의 축선이 회전중심을 향하도록 배치되고, 홀 소자가 회전체의 기준위치에 있어서 축선상으로 회전중심으로부터 소정거리보다 작은 거리에 상기 회전중심을 끼워서 영구자석과 반대측에 오프세트한 위치에 배치되어 있다. 이 때 홀 소자는 그 자속검출방향이 영구자석의 축선을 향하는 방향과 직교하도록 배치되고,영구자석의 소정거리와 홀 소자의 오프세트 거리의 비율 및 회전체의 회동각, 회전각이 출력되는 전기신호가 선형으로 변화하는 범위로 설정되어 있기 때문에 다음과 같은 효과를 갖는다.
즉 홀 소자의 위치를 영구자석의 회전중심에서 근소하게 어긋나게 함으로써 소망하는 각도범위 내에서 기본적으로 직선성이 높은 홀 소자의 전기신호출력을 얻을 수 있다. 이 홀 소자의 출력은 선형이므로 보정이 용이하므로 회전각도의 검출정도를 높일 수 있다.
또한 본 발명의 각도 센서는 영구자석이 회전체의 회전중심에서 소정거리 떨어진 위치에 영구자석의 축선이 회전중심을 향하도록 배치되고, 홀 소자가 회전체의 기준위치에 있어서 축선상으로 회전중심으로부터 소정거리보다 작은 거리에 상기 회전중심을 끼워서 영구자석과 반대측에 오프세트한 위치에 배치되어 있다. 이 때 홀 소자는 그 자속검출방향이 영구자석의 축선을 향하는 방향과 직교하도록 배치되고, 영구자석의 소정거리와 홀 소자의 오프세트 거리의 비율 및 회전체의 회전각이 출력되는 전기신호가 소정의 오차범위로 입력되도록 설정되어 있으므로, 전기신호 출력의 방향이 선형이 아니라도 기본적으로 오차가 극히 적으므로 보정할 필요없이 그대로 출력신호로서 사용가능하고 높은 검출정도를 얻을 수 있다.
또한 영구자석의 소정거리와 홀 소자의 오프세트 거리의 비를 10:0.5에서 10:3.5의 범위로 한 경우는 직선성이 극히 좋으므로 회전각의 검출정도를 한층 더 높일 수 있다.
나아가 회전체의 회전각이 ±90°범위이고 오프세트 거리의 비가 10:1.5에서10:2.5의 범위인 경우에는 ±90°범위의 광범위한 회전각에 의해 직선성이 좋고 오차가 적으므로 회전각의 검출정도를 극히 높일 수 있다. 이것은 작동범위가 넓은 산업용 로봇의 팔 관절의 움직임 등을 검출하는 데에 응용할 수 있다.
또한 회전체의 회전각이 ±45° 범위인 경우에는 이 범위 내에서 직선성이 좋고 회전각의 검출정도를 높일 수 있다. 이것은 ±45°범위 내에서 충분히 사용가능한 내연기관의 스로틀 개도의 검출에 응용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 회전각도를 검출하는 회전체에 취부된 영구자석과, 고정체에 취부된 홀 소자를 구비하고, 해당 홀 소자가 상대적으로 회동하는 상기 영구자석으로부터의 자속밀도 크기에 따른 전기신호를 출력함으로써 상기 회전체의 회전속도를 검출하도록 구성된 각도 센서에 있어서,
    상기 영구자석이 상기 회전체의 회전중심에서 소정거리 떨어진 위치에 상기 영구자석의 축선이 상기 회전중심을 향하도록 배치되고,
    상기 홀 소자가 상기 회전체의 기준위치에서 상기 축선상에 있어 상기 회전중심으로부터 상기 소정거리보다 작은 거리에 상기 회전중심을 끼워서 상기 영구자석과 반대측에 오프세트한 위치에 상기 홀 소자의 자속검출방향이 상기 영구자석의 축선을 향하는 방향과 직교하도록 배치되고,
    상기 영구자석의 상기 소정거리와 상기 홀 소자의 오프세트 거리의 비율 및 상기 회전체의 회전각이 상기 출력되는 전기신호가 선형으로 변화하는 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 각도 센서.
  2. 회전각도를 검출하는 회전체에 취부된 영구자석과, 고정체에 취부된 홀 소자를 구비하고, 해당 홀 소자가 상대적으로 회동하는 상기 영구자석으로부터의 자속밀도 크기에 따른 전기신호를 출력함으로써 상기 회전체의 회전속도를 검출하도록 구성된 각고 센서에 있어서,
    상기 영구자석이 상기 회전체의 회전중심에서 소정거리 떨어진 위치에 상기 영구자석의 축선이 상기 회전중심을 향하도록 배치되고,
    상기 홀 소자가 상기 회전체의 기준위치에서 상기 축선상에 있어 상기 회전중심으로부터 상기 소정거리보다 작은 거리에 상기 회전중심을 끼워서 상기 영구자석과 반대측에 오프세트한 위치에 상기 홀 소자의 자속검출방향이 상기 영구자석의 축선을 향하는 방향과 직교하도록 배치되고,
    상기 영구자석의 상기 소정거리와 상기 홀 소자의 오프세트 거리의 비율 및 상기 회전체의 회동각이 상기 출력되는 전기신호가 소정의 오차 범위에 들어가도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 각도 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 영구자석의 상기 소정거리와 상기 홀 소자의 오프세트 거리의 비가 10:0.5에서 10:3.5의 범위인 것을 특징으로 하는 각도 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전체의 회전각이 ±90°범위이고 상기 오프세트 거리의 비가 10:1.5에서 10:2.5의 범위인 것을 특징으로 하는 각도 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 회전체의 회동각이 ±45°범위인 것을 특징으로 하는 각도 센서.
KR1020020064577A 2001-10-31 2002-10-22 각도 센서 KR20030035926A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2001-00333818 2001-10-31
JP2001333818A JP2003177004A (ja) 2001-10-05 2001-10-31 角度センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030035926A true KR20030035926A (ko) 2003-05-09

Family

ID=19149031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020064577A KR20030035926A (ko) 2001-10-31 2002-10-22 각도 센서

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20030080732A1 (ko)
EP (1) EP1308692A1 (ko)
KR (1) KR20030035926A (ko)
CN (1) CN1417554A (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7023202B2 (en) 2003-08-01 2006-04-04 Japan Servo Co., Ltd. Magnetic rotary position sensor
US20050068024A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-31 Byram Robert James Rotary position sensor
JP5049123B2 (ja) * 2004-07-05 2012-10-17 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ ラベルを形成する方法及び装置
US7439732B2 (en) * 2004-09-24 2008-10-21 Stoneridge Control Devices, Inc. Rotary position sensor
KR101388043B1 (ko) * 2006-05-12 2014-04-23 파커-한니핀 코포레이션 밸브와, 가동형 부재의 변위 측정 장치 및 방법
ITTO20060526A1 (it) * 2006-07-19 2008-01-20 Bitron Spa Dispositivo di comando a manopola, particolarmente per motoveicoli.
GB0713951D0 (en) * 2007-07-18 2007-08-29 Cummins Turbo Tech Ltd Calibration of an actuator for a variable geometry turbine
US9518815B2 (en) * 2008-08-06 2016-12-13 Haas Automation, Inc. Rotary position encoder for rotatable shafts
ES1069548Y (es) * 2008-11-07 2009-07-14 Navarra Componentes Electro Detector de posicion angular para montaje en un eje rotativo
US8450999B2 (en) 2009-02-17 2013-05-28 Cts Corporation Rotary position sensor
JP5105266B2 (ja) 2010-06-02 2012-12-26 株式会社デンソー 回転角度検出装置
JP5223899B2 (ja) 2010-09-15 2013-06-26 株式会社デンソー 回転角検出装置
ES1074803Y (es) * 2011-04-27 2011-09-22 Navarra Componentes Electro Dispositivo detector de posicion angular sin contacto
US9134200B2 (en) * 2012-08-17 2015-09-15 Cts Corporation Motor vehicle chassis sensor
CN103075514A (zh) * 2012-11-26 2013-05-01 合肥邦立电子股份有限公司 一种高精度非接触式汽车挡位传感器
DE102014007071A1 (de) * 2014-05-15 2015-11-19 Schwing Gmbh Großmanipulator mit Knickmast und mit Mitteln zur Drehwinkelmessung
CN106352902A (zh) * 2016-08-30 2017-01-25 重庆佰斯顿电子科技有限公司 非接触式节气门位置传感器
JP2020153813A (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 日本電産コパル電子株式会社 非接触角度センサ

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137288A (en) * 1998-05-08 2000-10-24 Luetzow; Robert Herman Magnetic rotational position sensor
DE10008535A1 (de) * 1999-04-21 2000-11-02 Bosch Gmbh Robert Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels
JP4378814B2 (ja) * 1999-07-16 2009-12-09 株式会社日本自動車部品総合研究所 回転角検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1417554A (zh) 2003-05-14
US20030080732A1 (en) 2003-05-01
EP1308692A1 (en) 2003-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20030035926A (ko) 각도 센서
US5811968A (en) Rotation angle sensor
US6498479B1 (en) Rotational angle detector using linear converter
US7036791B2 (en) Method for the contactless detection of the position of a butterfly valve shaft of a butterfly valve connecting piece and butterfly valve connecting piece
US5818223A (en) Rotary position sensor with circular magnet
US8692544B2 (en) Rotary position sensor
US8823366B2 (en) Non-contacting sensor assembly
US20030020468A1 (en) Angular sensor
US20040000902A1 (en) Magnetic sensor unit less responsive to leaking magnetic flux
WO2006076968A1 (en) A sensor
JPH11264711A (ja) 回動角検出装置
JP2000097606A (ja) 回動角検出装置
JP7270395B2 (ja) 磁石組立体の製造方法、ならびにエンコーダおよびエンコーダ付きモータ
EP1096235A2 (en) Magnetic rotation sensor
JPH05157506A (ja) スロットルポジションセンサ
JP2002156245A (ja) 非接触式変位センサ
JPH10132506A (ja) 回転角センサ
JP2003177004A (ja) 角度センサ
JP3183620B2 (ja) 回動角検出装置
JPH0526610A (ja) スロツトルポジシヨンセンサ
US6534971B1 (en) Measurement device for the non-contact detection of an angle of rotation
JP3161962B2 (ja) 回動角検出装置
JP3366102B2 (ja) 磁気式回転位置検出器
JP3061225B2 (ja) 磁電変換型回転角センサ
JP6984221B2 (ja) モータ装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid