JP2003139560A - 回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、高速回転軸の回転角度でも破損
することなく検出することができ、また外部磁界による
ノイズを検知し難い回転位置検出装置を得る。 【解決手段】 この発明の回転位置検出装置は、回転磁
性体、第１の固定磁性体、第２の固定磁性体および磁界
発生体を通過した磁束により形成された磁気回路の磁束
量を検出する磁気センサを備え、磁界発生体は、回転磁
性体の回転方向に沿って径方向の幅寸法が規則的に変化
し、回転磁性体の回転に伴い回転磁性体と磁界発生体と
の対向面積が規則的に変化して、磁気センサからの出力
が回転軸の回転角度に応じて直線的に変化するようにな
っている。

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、回転軸の回転角
度を検出する回転位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は特開平２００１−４１７６８号公
報に示された従来の回転位置検出装置の要部平面図であ
る。この回転位置検出装置は、磁気検出素子（図示せ
ず）と、回転軸２２が貫通した基板２０と、基板２０に
設けられた磁性部材２１とを備えている。磁性部材２１
は、磁気検出素子との対向方向に着磁した永久磁石であ
り、対向面積が相対的移動方向に沿って規則的に変化し
ており、磁気検出素子の出力電圧は、基板２０の回転角
度に対して直線的に変化しており、この出力電圧の値か
ら回転軸２２の回転角度を検出するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の回転位置検
出装置においては、基板２０の回転とともに磁性部材２
１も回転するため、回転軸２２が高速回転するときに
は、永久磁石である磁性部材２１が遠心力で破損するお
それがあるという問題点があった。また、基板２０に対
向して設けられた磁気検出素子は外部磁界の影響を受け
易く外乱磁界をノイズとして検知し易いという問題点も
あった。

【０００４】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、高速回転軸の回転角
度でも破損することなく検出することができ、また外部
磁界によるノイズを検知し難い回転位置検出装置を得る
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の回転位置検出
装置は、回転自在の回転軸が貫通し、かつ端部に磁束が
通過する第１の磁束取り出し部を有する第１の固定磁性
体と、この第１の固定磁性体と空隙を形成して対向して
設けられているとともに端部に前記第１の磁束取り出し
部と対向し前記磁束が通過する第２の磁束取り出し部を
有する第２の固定磁性体と、この第２の固定磁性体およ
び前記第１の固定磁性体の少なくとも一方に設けられ、
第２の固定磁性体または第１の固定磁性体に向けて磁束
を発生させる磁界発生体と、前記回転軸に固定され回転
軸とともに回転し第１の固定磁性体と第２の固定磁性体
との間に介在し、対向する前記磁界発生体からの前記磁
束が通過する回転磁性体と、前記磁束取り出し部と前記
第２の磁束取り出し部との間に設けられ、前記回転磁性
体、前記第１の固定磁性体、前記第２の固定磁性体およ
び前記磁界発生体を通過した前記磁束により形成された
磁気回路の磁束量を検出する磁気センサとを備え、前記
磁界発生体は、前記回転磁性体の回転方向に沿って径方
向の幅寸法が規則的に変化し、回転磁性体の回転に伴い
回転磁性体と磁界発生体との対向面積が規則的に変化し
て、前記磁気センサからの出力が前記回転軸の回転角度
に応じて直線的に変化するようになっている。

【０００６】この発明に係る回転位置検出装置では、第
１の磁束取り出し部および第２の磁束取り出し部の先端
部は先細形状である。

【０００７】この発明に係る回転位置検出装置では、磁
気センサは、温度補償機能を有するホールＩＣである。

【０００８】この発明に係る回転位置検出装置では、磁
界発生体は、第１の磁界発生部と、この第１の磁界発生
部と磁束方向が反対で、かつ線対称形状の第２の磁界発
生部とから構成されている。

【０００９】この発明に係る回転位置検出装置では、磁
界発生体の磁束方向は第１の固定磁性体および第２の固
定磁性体に対して垂直である。

【００１０】この発明に係る回転位置検出装置では、第
１の固定磁性体および第２の固定磁性体は、電磁鋼板を
積層して構成されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明するが、各実施の形態について、同一、または
相当部材、部位については、同一符号を付して説明す
る。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１の回転位
置検出装置の斜視図、図２は図１の回転位置検出装置の
正面断面図、図３は図１の回転位置検出装置の平断面図
である。この回転位置検出装置は、円盤状で片側端部に
Ｌ字形状の第１の磁束取り出し部６を有する第１の固定
磁性体１と、この第１の固定磁性体２と空隙を形成して
対向し円盤状で片側端部にＬ字形状の第２の磁束取り出
し部７を有する第２の固定磁性体２と、この第２の固定
磁性体２の表面にポリイミド系の接着剤で固着されてい
るとともにその表面に対して垂直方向に磁束が生じた磁
界発生体３と、第１の固定磁性体１と第２の固定磁性体
２との間に設けられ非磁性のアルミニウム製の回転軸５
に端部が固定された直方体形状の回転磁性体４と、第１
の磁束取り出し部６と第２の磁束取り出し部７との間に
設けられた磁気センサ８とを備えている。

【００１２】第１の固定磁性体１および第２の固定磁性
体２は、表面の渦電流の発生を防止するために電磁鋼板
を積層して構成されている。磁界発生体３は、例えばフ
ェライトのボンド磁石を金型に射出成型して形成され、
面全体が垂直な方向に着磁されている。磁界発生体３の
径方向の幅イの幅寸法は図３に示すように周方向に沿っ
てある関数に従って規則的に変化している。また、磁界
発生体３の磁界の強さとしては、第１の固定磁性体１と
磁界発生体３との間に回転磁性体４が位置したときに、
磁界発生体３から回転磁性体４を介して第１の固定磁性
体１に磁束が通過し、回転磁性体４が位置していない空
間では磁界発生体３から第１の固定磁性体１に通過する
磁束が弱まるような磁界の強さを選定すればよい。磁気
センサ８は、内部に温度検知素子が含まれ、温度補償機
能をプロブラミングできるＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎ Ｓｐｅｓｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃ
ｉｒｃｕｉｔ：特定用途向け半導体）付きホールＩＣが
用いられており、零点や出力勾配をホールＩＣで調整し
て、高温環境でも出力が変動しないようになっている。

【００１３】なお、上記回転位置検出装置の寸法の一例
を述べると、第１の固定磁性体１および第２の固定磁性
体２の内径は３ｍｍ、外径は２０ｍｍであり、回転磁性
体４は、厚みが５ｍｍ、幅が３ｍｍ、長さが１７ｍｍで
ある。また、第１の固定磁性体１と第２の固定磁性体２
との間の寸法は８ｍｍであり、磁界発生体３の厚さは２
ｍｍである。従って、回転磁性体４と第１の固定磁性体
１との間、並びに回転磁性体４と磁界発生体３との間の
寸法は０．５ｍｍである。

【００１４】上記構成の回転位置検出装置では、回転軸
５が回転すると、その回転とともに回転磁性体４も回転
する。そして、例えば、図３において、回転磁性体４が
角度０°の位置から反時計方向に９０°回転したときに
は、図２に示すように矢印Ａ方向の磁束の磁気回路が主
に生じ、磁気センサ８がその磁束を検出する。その後、
回転軸５の回転とともに回転磁性体４が引き続き１８０
°反時計方向に回転したときには、図４に示すように矢
印Ｂ方向の磁束の磁気回路が主に生じ、磁気センサ８が
その磁束を検出する。図４に示す回転磁性体４の位置と
図２に示す回転磁性体４の位置とでは、回転磁性体４が
対面した磁界発生体３の幅寸法が異なり、図４の方が磁
界発生体３の幅寸法が大きい。従って、図４の方が回転
磁性体４と磁界発生体３との対向面積が大きく、それだ
け回転磁性体４を介して第１の固定磁性体１を通過する
磁束量が多く、第１の磁束取り出し部６と第２の磁束取
り出し部７との間の磁気センサ８からの出力電圧が大き
くなる。

【００１５】このように、この回転位置検出装置では、
回転磁性体４が対面する磁界発生体３の対向面積が回転
磁性体４の回転角度に応じて変化するので、磁界発生体
３から回転磁性体４を介して第１の固定磁性体１を通過
する磁束の量が変わり、従って磁気センサ８に到達する
磁束量が変化し、磁気センサ８からの出力電圧も変化す
る。そして、図５に示すように、磁気センサ８からは回
転軸５の回転角度に対して直線的な出力信号が得られ
る。なお、本願発明者は、磁界発生体３の形状設計を工
夫することによって、回転軸５の角度位置に対する、磁
気センサ８の出力の直線性を１％以下に抑えることがで
きた。

【００１６】また、磁気センサ８は、第１の固定磁性体
１と第２の固定磁性体２との間に挟まれており、磁性体
内を通過する磁束を検出しているため、外部磁界の影響
を受けにくい。さらに、回転磁性体４のみが回転し、脆
弱な磁界発生体３は静止して用いられるので、磁界発生
体３が遠心力で破損するようなことはない。さらにま
た、磁気センサ８が検出する磁束量は、回転磁性体４の
回転角度に主に依存し、第１の固定磁性体１と回転磁性
体４との間の空隙寸法、第１の固定磁性体１と磁界発生
体３との間の空隙寸法等に多少の誤差があったにしても
検出精度に与える影響は小さく、各部材間の位置決めに
時間を要することなく組立が容易となり、回転位置検出
装置の量産が可能である。

【００１７】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形
態２による回転位置検出装置の平断面図である。この実
施の形態では、第２の固定磁性体２に固定された磁界発
生体１３は、回転角度の位置が０°から反時計方向に１
８０°の範囲では紙面から垂直方向手前に磁力線が出て
いる第１の磁界発生部１３ａと、回転角度の位置が１８
０°から反時計方向に３６０°の範囲では紙面から垂直
方向奥側に磁力線が出ている第２の磁界発生部１３ｂと
から構成されている。第１の磁界発生部１３ａと第２の
磁界発生部１３ｂとは、回転角度０°と１８０°とを結
ぶ線に対して線対称形状であり、また第１の磁界発生部
１３ａおよび第２の磁界発生部１３ｂの幅寸法は、回転
角度が０°のときが最大で、それぞれが反時計方向およ
び時計方向の回転角度に応じてある関数に従って規則的
に減少して変化している。

【００１８】この実施の形態の回転位置検出装置では、
実施の形態１の回転位置検出装置と比較して、磁界発生
体１３の最大幅および最小幅は同じであるものの磁界発
生体１３の幅寸法変化範囲が３６０°からその半分の１
８０°となり、回転軸５の単位回転角度変化に対する磁
気センサ８からの出力電圧変化は２倍となり、出力感度
が向上する。また、実施の形態１では、磁気センサ８は
磁界の方向が一方向のプラス側のみの電圧を検出してい
たのに対し、実施の形態２では、図７に示すように、プ
ラス側およびマイナス側の両方向で出力電圧を検出する
ことが可能になる。

【００１９】なお、上記実施の形態１および２におい
て、磁界発生体３、１３は、焼結磁石で構成してもよ
い。また、第２の固定磁性体２に凹部を形成し、この凹
部に磁界発生体を埋設し、その表面に高耐熱性のガラス
エポキシシートのような薄い固定部材を形成するように
してもよい。

【００２０】また、実施の形態１および２の例では、安
価に製作するために、磁界発生体３、１３を第２の固定
磁性体２のみに配置したが、磁界発生体の磁界の強度や
磁気センサの感知磁界などを考慮し、良好な出力特性を
得るために、第１の固定磁性体にも、回転磁性体の回転
面に対して、対称になるように、同一形状の磁界発生体
を設けるようにしてもよい。また、勿論、磁界発生体
１、１３を第１の固定磁性体１のみに配置するようにし
てもよい。また、上記実施の形態１、２で示した固定磁
性体１、２、回転磁性体４、磁界発生体３の各寸法、磁
界発生体３と固定磁性体１、２との距離、第１および第
２の固定磁性体１、２と回転磁性体４との間の寸法は、
一例を示すものであり、この寸法に限定されないのは勿
論である。また、回転磁性体４の形状についても、直方
体に限ることはなく、例えば両端部の形状を、磁気セン
サ８の出力の直線性を向上させるために変えることもで
きる。また、特に外部磁界が大きい場合には、回転位置
検出装置の全体を磁性体の筐体で囲うことで、遮蔽する
ようにしてもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の回転位
置検出装置によれば、磁界発生体は、回転磁性体の回転
方向に沿って径方向の幅寸法が規則的に変化し、回転磁
性体の回転に伴い回転磁性体と磁界発生体との対向面積
が規則的に変化して、磁気センサからの出力が回転軸の
回転角度に応じて直線的に変化するようになっているの
で、回転軸の回転角度に対応した出力が高精度に安定し
て得られる。また、磁気センサは、第１の磁束取り出し
部と第２の磁束取り出し部との間に設けられ、第１の固
定磁性体および第２の固定磁性体に挟まれているので、
外部磁界の影響を受けにくく、それだけ回転軸の回転角
度の検出精度が向上する。さらに、磁界発生体は固定磁
性体に固定され、回転磁性体のみが回転するので、磁界
発生体が高速遠心力で破損するようなことはなく、高速
な回転軸の回転角を確実に検出することができる。さら
にまた、磁気センサが検出する磁束量は、回転磁性体の
回転角度に主に依存し、第１の固定磁性体と回転磁性体
との間の空隙寸法、第１の固定磁性体と磁界発生体との
間の空隙寸法等に多少の誤差があったにしても検出精度
に与える影響は小さく、各部材間の位置決めに時間を要
することなく組立が容易となり、回転位置検出装置の量
産が可能である。

【００２２】また、この発明に係る回転位置検出装置に
よれば、第１の磁束取り出し部および第２の磁束取り出
し部の先端部は先細形状であるので、磁気センサは集中
した磁束を検出することができ、検出感度が向上する。

【００２３】また、この発明に係る回転位置検出装置に
よれば、磁気センサは、温度補償機能を有するホールＩ
Ｃであるので、高温環境下でも回転軸の回転角を正確に
検出することができる。

【００２４】また、この発明に係る回転位置検出装置に
よれば、磁界発生体は、第１の磁界発生部と、この第１
の磁界発生部と磁束方向が反対で、かつ線対称形状の第
２の磁界発生部とから構成されているので、回転軸の回
転角度変化に対する磁気センサからの出力変化が大きく
なり、出力感度が向上する。また、プラス側およびマイ
ナス側の両方向で出力電圧を検出することを可能にする
ことができる。

【００２５】また、この発明に係る回転位置検出装置に
よれば、磁界発生体の磁束方向は第１の固定磁性体およ
び第２の固定磁性体に対して垂直であるので、磁界発生
体の漏れ磁束を低く抑えることができるとともに、組立
も容易である。

【００２６】また、この発明に係る回転位置検出装置に
よれば、第１の固定磁性体および第２の固定磁性体は、
電磁鋼板を積層して構成されているので、面における渦
電流の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の回転位置検出装置
の斜視図である。

【図２】 図１の回転位置検出装置の正面断面図であ
る。

【図３】 図１の回転位置検出装置の平断面図である。

【図４】 図２と回転位置検出装置の回転磁性体の回転
角度が異なるときの正面断面図である。

【図５】 図１の回転位置検出装置の回転磁性体の回転
角度位置と磁気センサからの出力電圧との関係を示す図
である。

【図６】 この発明の実施の形態２の回転位置検出装置
の平断面図である。

【図７】 図６の回転位置検出装置の回転磁性体の回転
角度位置と磁気センサからの出力電圧との関係を示す図
である。

【図８】 従来の回転位置検出装置の基板の平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 第１の固定磁性体、２ 第２の固定磁性体、３，１
３ 磁界発生体、４回転磁性体、５ 回転軸、６，７
磁束取り出し部、８ 磁気センサ、１３ａ第１の磁界発
生部、１３ｂ 第２の磁界発生部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉澤 敏行 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA35 CA08 CA16 DA05 GA54 KA01 2F077 AA21 CC02 JJ01 JJ08 JJ21 VV02 VV11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自在の回転軸が貫通し、かつ端部に
   磁束が通過する第１の磁束取り出し部を有する第１の固
   定磁性体と、 この第１の固定磁性体と空隙を形成して対向して設けら
   れているとともに端部に前記第１の磁束取り出し部と対
   向し前記磁束が通過する第２の磁束取り出し部を有する
   第２の固定磁性体と、 この第２の固定磁性体および前記第１の固定磁性体の少
   なくとも一方に設けられ、第２の固定磁性体または第１
   の固定磁性体に向けて磁束を発生させる磁界発生体と、 前記回転軸に固定され回転軸とともに回転し第１の固定
   磁性体と第２の固定磁性体との間に介在し、対向する前
   記磁界発生体からの前記磁束が通過する回転磁性体と、 前記磁束取り出し部と前記第２の磁束取り出し部との間
   に設けられ、前記回転磁性体、前記第１の固定磁性体、
   前記第２の固定磁性体および前記磁界発生体を通過した
   前記磁束により形成された磁気回路の磁束量を検出する
   磁気センサとを備え、前記磁界発生体は、前記回転磁性
   体の回転方向に沿って径方向の幅寸法が規則的に変化
   し、回転磁性体の回転に伴い回転磁性体と磁界発生体と
   の対向面積が規則的に変化して、前記磁気センサからの
   出力が前記回転軸の回転角度に応じて直線的に変化する
   ようになっている回転位置検出装置。
2. 【請求項２】 第１の磁束取り出し部および第２の磁束
   取り出し部の先端部は先細形状である請求項１に記載の
   回転位置検出装置。
3. 【請求項３】 磁気センサは、温度補償機能を有するホ
   ールＩＣである請求項１または請求項２に記載の回転位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 磁界発生体は、第１の磁界発生部と、こ
   の第１の磁界発生部と磁束方向が反対で、かつ線対称形
   状の第２の磁界発生部とから構成されている請求項１な
   いし請求項３の何れかに記載の回転位置検出装置。
5. 【請求項５】 磁界発生体の磁束方向は第１の固定磁性
   体および第２の固定磁性体に対して垂直である請求項１
   ないし請求項４の何れかに記載の回転位置検出装置。
6. 【請求項６】 第１の固定磁性体および第２の固定磁性
   体は、電磁鋼板を積層して構成されている請求項１ない
   し請求項５の何れかに記載の回転位置検出装置。