JP4960174B2 - Non-contact rotation angle detection sensor - Google Patents
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Description
本発明は、磁気感応素子を用いた非接触式回転角度検出センサに関する。 The present invention relates to a non-contact rotational angle detection sensor using a magnetic sensitive element.
小型に構成可能で、異物による接触不良などの心配がなく、例えば車両におけるアクセルペダルの踏み角検出やシフトレバーの操作に応じて回転するシャフトの回転角度の検出などに好適な回転角度検出センサとして、磁気感応素子を用いた非接触式回転角度検出センサがある。
このような非接触式回転角度検出センサの従来例として、例えば特許文献1に開示されたものがある。
As a conventional example of such a non-contact type rotation angle detection sensor, there is one disclosed in
この特許文献1には、図10に示すように、被検出体の回転角度を検出する回転角度検出センサであって、図示しない被検出体に接続されて被検出体と共に回転する回転体100に永久磁石101a、101bを設け、回転体100が回転した際の永久磁石101a、101bによる磁界の変化をMR素子102で検出し、検出した磁界の変化に基づいて被検出体の回転角度を検出するものが開示されている。
そして、この回転角度検出センサでは、これら回転体100やMR素子102をハウジング103内に収容配置すると共に、外部磁界がMR素子102による磁界の変化の検出に影響することを防止するために、ハウジング103内にPCパーマアロイなどのシールド部材104を設けている。
In
In this rotational angle detection sensor, the
近年、非接触式回転センサの小型化が求められている。
特許文献1に開示された構成の回転角度検出センサの場合、ハウジング103の内部に、回転センサ自体(永久磁石101a、101bやMR素子102)の周囲を覆うようにシールド部材104が形成されている。
そのため、シールド部材104がMR素子102による磁界の変化の検出に影響して、例えば回転角度検出センサの出力特性であるヒステリシス、外部磁界の変動による出力変動、磁束密度、直線性が著しく変化しないように、シールド部材104を、回転センサ自体から所定距離離間させて設ける必要がある。
しかしながら、回転センサ自体を小型化できても、シールド部材104を、回転センサ自体から所定距離離間させて設ける必要があり、シールド部材104を内部に有するハウジング103自体の大きさは十分に小型化できず、センサを小型化できないという問題がある。
また、一体に形成したシールド部材104を採用しており、かかるシールド部材104の供給には、板状のシールド部材などの溶接や絞り加工等が必要となるので、回転角度検出センサの量産に際して、製造過程におけるシールド部材の供給、組付け、そしてセンサの組み立てが難しくなるという問題がある。
In recent years, miniaturization of non-contact type rotation sensors has been demanded.
In the case of the rotation angle detection sensor having the configuration disclosed in
Therefore, the
However, even if the rotation sensor itself can be reduced in size, it is necessary to provide the
In addition, since the
本発明は、外部磁界の影響が回転体の回転角度の検出に及ぶのを防止するシールド部材を備える回転角度検出センサであって、回転角度検出センサの出力特性にシールド部材が影響を与えないようにしつつセンサを小型化することのできる回転角度検出センサを提供することを目的とする。 The present invention is a rotation angle detection sensor including a shield member that prevents the influence of an external magnetic field from affecting the detection of the rotation angle of a rotating body, so that the shield member does not affect the output characteristics of the rotation angle detection sensor. An object of the present invention is to provide a rotation angle detection sensor that can reduce the size of the sensor.
本発明は、被検出体と一体に回転可能で、周方向に沿って磁極が変化するリング状永久磁石と、リング状永久磁石の外周面を一定間隙をおいて囲むリング状ヨークと、リング状ヨークを直径線に沿って2つに分割して形成される隙間に配置された磁気感応素子とを備える非接触式回転角度検出センサであって、リング状ヨークの外周面を一定間隙をおいて囲むリング状磁気シールドと、リング状ヨークの上面から一定間隙をおいて配置される上部磁気シールドと、リング状ヨークの下面から一定間隙をおいて配置される下部磁気シールドとを、互いに離間させつつ設けた構成とした。 The present invention relates to a ring-shaped permanent magnet that can rotate integrally with a detected object and whose magnetic poles change along the circumferential direction, a ring-shaped yoke that surrounds the outer peripheral surface of the ring-shaped permanent magnet with a certain gap, and a ring-shaped A non-contact rotational angle detection sensor comprising a magnetic sensitive element arranged in a gap formed by dividing a yoke into two along a diameter line, the outer circumferential surface of the ring-shaped yoke being spaced apart by a certain gap The surrounding ring-shaped magnetic shield, the upper magnetic shield disposed with a certain gap from the upper surface of the ring-shaped yoke, and the lower magnetic shield disposed with a certain gap from the lower surface of the ring-shaped yoke are separated from each other. The configuration was provided.
本発明によれば、リング状ヨークから一定間隙をおいて配置されたシールド部材である磁気シールド(リング状磁気シールド、上部磁気シールド、および下部磁気シールド)により、磁気感応素子による被検出体の回転角度の検出が外部磁界により影響を受けることを防止できる。
また、各磁気シールドは、所定間隙をおいて互いに離間させつつ設けられているので、磁気シールドを一体に形成した場合よりも磁気抵抗が大きくなり、磁気が通りにくくなる。よって、磁気抵抗が大きくなり磁気が通りにくくなった分に応じて、磁束が磁気シールドに回り込んでリング状ヨークの磁束密度を低下させることや、回転角度検出センサの出力特性が磁気シールドの影響を受けることがない範囲で、磁気シールドを、従来の一体に形成した磁気シールドよりも、リング状ヨークに近づけて配置することができる。
よって、回転角度検出センサをより小型化することができる。
さらに、リング状磁気シールドと、上部磁気シールドと、下部磁気シールドとは、互いに離間させつつ別々に配置されるので、これら磁気シールドが一体となった従来の回転角度検出センサのように、磁気シールドの供給に際して溶接や絞り加工を必要としない。
よって、製造過程におけるシールド部材の供給、組付け、そしてセンサの組み立てが難しくなることがなく、磁気シールドを備える回転角度検出センサを簡便に供給できるので、量産に適した回転角度検出センサとなる。
According to the present invention, the magnetic sensing element (ring-shaped magnetic shield, upper magnetic shield, and lower magnetic shield) that is a shield member disposed with a certain gap from the ring-shaped yoke rotates the detected object by the magnetically sensitive element. Angle detection can be prevented from being affected by an external magnetic field.
Further, since each magnetic shield is provided while being separated from each other with a predetermined gap, the magnetic resistance becomes larger than when the magnetic shields are integrally formed, and magnetism is difficult to pass. Therefore, depending on the amount of magnetic resistance that has increased and the magnetism has become difficult to pass, the magnetic flux goes around the magnetic shield to reduce the magnetic flux density of the ring-shaped yoke, and the output characteristics of the rotation angle detection sensor are affected by the magnetic shield. The magnetic shield can be arranged closer to the ring-shaped yoke than the conventional integrally formed magnetic shield.
Therefore, the rotation angle detection sensor can be further downsized.
Furthermore, since the ring-shaped magnetic shield, the upper magnetic shield, and the lower magnetic shield are separately arranged while being separated from each other, the magnetic shield is similar to a conventional rotation angle detection sensor in which these magnetic shields are integrated. There is no need for welding or drawing when supplying.
Accordingly, the supply and assembly of the shield member and the assembly of the sensor in the manufacturing process are not difficult, and the rotation angle detection sensor including the magnetic shield can be easily supplied, so that the rotation angle detection sensor suitable for mass production is obtained.
以下、本発明の実施例を説明する。
図1は、実施例にかかる非接触型の回転角度検出センサの全体構成図であり、(a)は軸方向から見た上面図、(b)は(a)におけるA−A線断面図、(c)は(a)におけるB−B矢視図である。図2は、実施例にかかる非接触型の回転角度検出センサの分解斜視図である。図3は永久磁石を拡大して示す平面図である。
Examples of the present invention will be described below.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a non-contact type rotation angle detection sensor according to an embodiment, (a) is a top view seen from the axial direction, (b) is a cross-sectional view taken along line AA in (a), (C) is a BB arrow line view in (a). FIG. 2 is an exploded perspective view of the non-contact rotation angle detection sensor according to the embodiment. FIG. 3 is an enlarged plan view showing the permanent magnet.
図2に示すように、回転角度の検出対象である回転体10に取り付けられる回転角度検出センサは、永久磁石20と、集磁ヨーク30a、30b(以下、両者を特に区別しない場合は、「集磁ヨーク30」と表記する)と、ホール素子40とを備え、これらは、磁気シールド50a〜50d(以下、これらを特に区別しない場合は、「磁気シールド50」と表記する)により囲繞される。
As shown in FIG. 2, the rotation angle detection sensor attached to the
回転体10の軸方向における略中央部の所定の範囲には、フランジ状の磁石保持部11が、径方向に延出させて形成されている。
永久磁石20は、磁石保持部11の外周面に固定されており、上面視においてリング形状を有している。永久磁石20の軸方向高さは、磁石保持部11の軸方向高さと同じであり、永久磁石20の軸方向の高さと径方向の厚みは、全周に亘って同じである。
図3に示すように、永久磁石20は、その直径線上(周方向180°位置)で半円に分割され、一方の磁石半円部20aは内周側(磁石保持部11と接触する側)をN極、外周側をS極とし、他方の磁石半円部20bは内周側をS極、外周側をN極として、全体として周方向にNおよびSの2極構造となっている。
A flange-shaped
The
As shown in FIG. 3, the
第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bは、回転体10に取り付けられた永久磁石20の外周面を、囲むように配置されている。
第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとは、軸方向から見た平面形状が互いに同一の半円形状を有しており、リング状ヨークを直径線に沿って2つに分割して形成される。
The first
The first
図1の(a)に示すように、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとは、所定幅の隙間Xをあけて対面配置される。対面配置された第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとにより、その内側に形成される空間内には、回転体10および回転角度検出センサの永久磁石20が収容されており、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bの内周面は、永久磁石20の外周面との間に一定の間隙Lsをおいて対向している。
As shown in FIG. 1A, the first
第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bの軸方向における高さは、永久磁石20の軸方向における高さよりも大きく、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bの上面と、永久磁石20の上面とが一致するように配置されている。
第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bの径方向における厚みW1は、集磁ヨークを構成する材料の透磁率、永久磁石20の磁束密度を考慮して、集磁ヨーク30内で磁束が飽和しない大きさに設定されている。
The height in the axial direction of the first
The thickness W1 in the radial direction of the first
第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとの間の隙間Xには、磁気感応素子であるリニア出力型のホール素子40が設置されており、ホール素子40は、当該ホール素子40を通過する磁束の量に応じた信号を出力する。
In the gap X between the first
以上のように構成された回転角度センサ1では、永久磁石20から発生する磁束は、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとを通過する。ここで、永久磁石20が回転体10と共に回転すると、ホール素子40が設置された隙間Xを通過する磁束の量と当該隙間Xを通過しない磁束の量の割合が変化して、ホール素子40は、永久磁石20の回転角度に応じた異なる検出値を出力する。
よって、ホール素子40の検出値に基づいて、永久磁石20の回転角度が判るので、被検出体(回転体10)の回転角度を特定できる。
In the
Therefore, since the rotation angle of the
図4は、実施例にかかる回転角度センサの磁気シールドの分解斜視図である。
図5は、磁気シールドの全体構成図であり、(a)は軸方向から見た上面図、(b)は(a)におけるA−A線断面図、(c)は(a)におけるB−B矢視図である。
磁気シールド50(上部磁気シールド50a、下部磁気シールド50b、第1側方磁気シールド50c、第2側方磁気シールド50d)は、ホール素子40が設置された隙間Xを通過する磁束の量が、外部磁界により影響を受けることを防止するために、パーマアロイ(PC、PB)、電磁銅板(SUY)、珪素鋼などから形成される。
磁気シールド50a〜50dは、回転角度検出センサの永久磁石20や集磁ヨーク30を囲繞しつつ、互いに所定間隙をおいて配置される。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the magnetic shield of the rotation angle sensor according to the embodiment.
FIG. 5 is an overall configuration diagram of the magnetic shield, (a) is a top view seen from the axial direction, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in (a), and (c) is a cross-sectional view along B-- in (a). FIG.
The magnetic shield 50 (the upper
The
図5の(b)に示すように、上部磁気シールド50aは、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dの上端から、上方側に所定距離L1離れた位置に配置され、下部磁気シールド50bは、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dの下端から、下方側に所定距離L2離れた位置に配置される。
ここで、実施例にかかる回転角度検出センサでは、永久磁石20の上面と集磁ヨーク30の上面とが一致するように配置されているので(図1の(b)参照)、永久磁石20から上部磁気シールド50aまでの離間距離と、永久磁石20から下部磁気シールド50bまでの離間距離とが略同じになるように、所定距離L1のほうが所定距離L2よりも大きく設定される。
上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bとが、永久磁石20の近傍に位置し過ぎると、磁束の回り込みなどが起こり、上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bの影響が及ぶことになるので、これを防止するためである。
As shown in FIG. 5 (b), the upper
Here, in the rotation angle detection sensor according to the embodiment, the upper surface of the
If the upper
図5の(a)に示すように、第1側方磁気シールド50cと、第2側方磁気シールド50dとは、互いに所定距離L3の隙間Yを開けて対面配置されている。
第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとは、軸方向から見た平面形状が互いに同一の半円形状を有しており、リング状磁気シールドを直径線に沿って2つに分割して形成される。
ここで、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとを一体に形成したリング状磁気シールドとすると、磁気シールドの磁気抵抗が小さくなり磁気が通りやすくなる結果、集磁機能が増大して、集磁ヨーク30の機能を阻害する。
そのため、集磁ヨーク30の機能を阻害しない程度の磁気抵抗となるように、リング状磁気シールドを直径線に沿って2つに分割して形成した第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとを用いている。
As shown in FIG. 5A, the first side
The first side
Here, if a ring-shaped magnetic shield in which the first side
For this reason, the first side
上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bは、それぞれ薄肉の円盤形状を有しており、中央部には、回転角度センサの回転体10を挿通させると共に、回転角度センサの永久磁石20と、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bの一部を露出させる円形の開口51a、51bが形成される。
開口51a、51bは、対面配置された第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとにより形成される全体としてリング形状となる集磁ヨーク30の内径よりも大きく、かつ外径よりも小さい径を有する。
また、上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bの直径φは、上部磁気シールド50aの外周面と下部磁気シールド50bの外周面とが、それぞれ、対面配置された第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dの外周面と、面一となる径に設定される。
図1の(b)に示すように、上部磁気シールド50aは、永久磁石20の上端から上方側に所定距離T1離れた位置に配置され、下部磁気シールド50bは、永久磁石20の下端から下方側に所定距離T2離れた位置に配置される。
Each of the upper
The
Further, the diameter φ of the upper
As shown in FIG. 1B, the upper
第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとは、軸方向から見た平面形状が互いに同一の半円形状を有しており、これらを対面配置して形成される上面視において円形の空間内に、回転角度センサの永久磁石20や集磁ヨーク30が収容される。
この際、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとは、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bの外周面から、所定間隔T3をおいて、これら集磁ヨーク30a、30bを囲むように配置される。
ここで、所定間隔T3は、磁気シールド50が集磁ヨーク30の代わりに集磁して、集磁ヨーク30の機能を阻害することのない、距離に設定されている。
The first side
At this time, the first side
Here, the predetermined interval T <b> 3 is set to a distance at which the
さらに、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとの間の隙間X同士を結ぶ線分と、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとの間の隙間Y同士を結ぶ線分とが、略90度の角度で交差(直交)するように、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとを配置して、隙間Xの位置を、隙間Yの位置に対して回転体10の回転軸周りに略90度オフセットさせている(図1の(a)参照)。
第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとの間の隙間Yは、外部磁気がその内方に漏れ出す場所となるので、かかる隙間Yが、ホール素子40を配置した第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとの間の隙間Xの近傍にあると、漏れ出した磁気が、ホール素子40による磁束量の測定に影響を及ぼして、回転角度を正確に求めることができなくなる。
よって、これを防止するために、隙間Xを結ぶ線分と、隙間Yを結ぶ線分とが、略90度の角度で交差するように、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dを配置して、隙間Xと隙間Yとが最も離れて位置するようにしている。
Furthermore, a line segment connecting the gaps X between the first
Since the gap Y between the first side
Therefore, in order to prevent this, the first side
また、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dの軸方向における高さは、集磁ヨーク30の軸方向における高さよりも大きく、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dの下面と、集磁ヨーク30の下面とがほぼ一致するように配置される。
第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dの厚みW2は、1.0mmよりも薄くなると、ホール素子40による磁束量の測定に外部磁界が影響を及ぼすことを十分に防止できず、1.4mmよりも厚くなると、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dに磁束が回り込んでホール素子40付近での集磁ヨーク30の最大磁束密度が急激に低下してしまう。よって、厚みW2は、好ましくは1.0mm〜1.4mm、より好ましくは1.2mm近傍に設定される。
Further, the height in the axial direction of the first side
If the thickness W2 of the first side
図6は、各磁気シールド50(上部磁気シールド50a、下部磁気シールド50b、第1側方磁気シールド50c、第2側方磁気シールド50d)が、支持部材60、70により互いに離間しつつ配置された状態を説明する説明図であり、(a)は軸方向から見た上面図、(b)は(a)におけるA−A線断面図である。なお、図6の(a)においては、上部磁気シールド50aの下方に隠れている支持部材60、70の図示は省略している。
In FIG. 6, each magnetic shield 50 (upper
支持部材60、70は、上部磁気シールド50a、下部磁気シールド50b、第1側方磁気シールド50c、そして第2側方磁気シールド50dを、互いに所定間隙をおいて配置させる。支持部材60、70は、非透磁性の材料から形成され、上面視において円盤形状を有する上部磁気シールド50aの直径線上の、回転体10を挟んで対向する位置に配置される。
The
支持部材60の本体部61は、例えば図示しないフレームなどにボルトなどを介して取り付けられて、支持部材60を所定位置で保持しつつフレームに固定する。
本体部61の上部から回転体10の方向に延出形成された上部支持部62の上面には、上部磁気シールド50aが載置された状態で固定される。
本体部61の下部から回転体10の方向に延出形成された下部支持部63の上面には、第2側方磁気シールド50dと集磁ヨーク30(30a、30b)とが載置された状態で固定されており、下面には、下部磁気シールド50bが取り付けられている。
The
An upper
A state in which the second side
支持部材70の本体部71は、上部支持部72と下部支持部73とを接続する。
本体部71の上部から回転体10の方向に延出形成された上部支持部72の上面には、上部磁気シールド50aが載置された状態で固定されている。
本体部71の下部から回転体10の方向に延出形成された下部支持部73の上面には、第1側方磁気シールド50cと集磁ヨーク30(30a、30b)とが載置された状態で固定されており、下面には、下部磁気シールド50bが取り付けられている。
The
An upper
A state in which the first side
これら支持部材60、70の下部支持部63、73の延出長さは、集磁ヨーク30(30a、30b)を載置するために、上部支持部62、72の延出長さよりも長く設定されている。また、下部支持部63、73の高さ方向の厚みは、下部磁気シールド50bと、第1側方磁気シールド50cおよび第2側方磁気シールド50dとの離間距離L2と同じ厚みに設定されている。
さらに、下部支持部63、73の下端から上部支持部62、72の上端までの離間距離、すなわち支持部材60、70の高さ方向の厚みは、上部磁気シールド50aが、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dの上端から上方側に所定距離L1離れた位置に配置される長さに設定されている。
かかる構成の支持部材60、70を用いることで、各磁気シールド50を互いに所定距離離間させつつ、簡単に配置することができるので、磁気シールドを備える回転角度検出センサの組み立てが容易になる。
The extension lengths of the
Further, the separation distance from the lower end of the
By using the
なお、上部支持部62、72の回転体10の方向への延出長さは上部磁気シールド50aを、下部支持部63、73の回転体10の方向への延出長さは集磁ヨーク30(30a、30b)を、それぞれ支持できる最小限の長さに設定されていることが好ましい。ホール素子40による磁束量の測定に影響するのを防止するためである。
The extension length of the
かかる構成の支持部材60、70により、各磁気シールド50(上部磁気シールド50a、下部磁気シールド50b、第1側方磁気シールド50c、第2側方磁気シールド50d)は、その内方に形成される空間内に、永久磁石20、集磁ヨーク30(30a、30b)、そしてホール素子40を収容しつつ、互いに所定間隙をおいて配置される。これにより、回転体10の回転角度の検出が外部磁界により影響を受けることが防止される。
また、各磁気シールド50は、互いに所定間隙をおいて配置されるので、磁気シールドを一体に形成した場合よりも磁気抵抗が大きくなり、磁気が通りにくくなる。
よって、磁気シールドを、一体に形成した磁気シールドの場合よりも、磁気抵抗が大きくなり磁気が通りにくくなった分だけリング状ヨークに近づけて配置しても、磁束が磁気シールドに回り込んでリング状ヨークの磁束密度を低下させることがなく、回転角度検出センサの出力特性が磁気シールドの影響を受けることがない。したがって、回転角度検出センサをより小型化することができる。
Each of the magnetic shields 50 (the upper
Further, since the
Therefore, even if the magnetic shield is placed closer to the ring-shaped yoke by the amount that the magnetic resistance is larger and the magnetism is harder to pass than in the case of the integrally formed magnetic shield, the magnetic flux wraps around the magnetic shield and rings. The magnetic flux density of the yoke is not reduced, and the output characteristics of the rotation angle detection sensor are not affected by the magnetic shield. Therefore, the rotation angle detection sensor can be further downsized.
以下、実施例の効果を、一体形成した磁気シールドを採用する従来例の構成のセンサによる比較例と対比して説明する。
なお、以下の説明では、図1の(b)に示すように、厚み0.5mmの円盤形状を有する上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bの直径が40mm(φ=40mm)であり、集磁ヨーク30の外周面と、第1側方磁気シールド50cおよび第2側方磁気シールド50dの内周面との間の間隙が2mm(T3=2mm)であり、厚み1.2mmの集磁ヨーク30の上面と、上部磁気シールド50aとの間の間隙が4.7mm(T1=4.7mm)であり、集磁ヨーク30の下面と、下部磁気シールド50bとの間の間隙が1.8mmである回転角度検出センサを用いる。
そして、上部磁気シールド50aと、第1側方磁気シールド50cおよび第2側方磁気シールド50dとの間の隙間を3.7mm(L1=3.7mm)とし、下部磁気シールド50bと、第1側方磁気シールド50cおよび第2側方磁気シールド50dとの間の隙間を0.8mm(L2=0.8mm)とし、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとの間の隙間Yを1.0mm(L3=1.0mm)とした場合を実施例とし、上部磁気シールドと、第1側方磁気シールドと、第2側方磁気シールドと、下部磁気シールドとを隙間なく(隙間:0mm)接合した場合を比較例とした。
Hereinafter, the effect of the embodiment will be described in comparison with a comparative example using a sensor having a configuration of a conventional example that employs an integrally formed magnetic shield.
In the following description, as shown in FIG. 1B, the diameter of the upper
The gap between the upper
図7は実施例の効果を従来例による比較例と対比して示す図である。
ここで、全体として2極構造である永久磁石20のN極とS極を結ぶ線(各磁石半円部20a、20bの端同士の対向面を結ぶ線に対して直角の直径線)が第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとの間のホール素子40を配置した隙間Xを通るときの永久磁石20の位置を回転角度0°とし、図7の(a)に示すように、回転角度−42.5°〜42.5°を検出範囲とするとき、ホール素子40の出力電圧が−4.5V(−42.5°)と4.5V(42.5°)を結ぶ線を理想直線としている。
図7の(b)は、比較例における理想直線に対する実際の出力値のズレである直線性(%FS)の回転方向によるヒステリシスを示し、(c)は実施例における直線性(%FS)の回転方向によるヒステリシスを示している。
FIG. 7 is a diagram showing the effect of the embodiment in comparison with the comparative example of the conventional example.
Here, the line connecting the N pole and the S pole of the
FIG. 7B shows hysteresis due to the rotation direction of linearity (% FS), which is the deviation of the actual output value from the ideal straight line in the comparative example, and FIG. 7C shows the linearity (% FS) in the example. The hysteresis according to the rotation direction is shown.
図7の(b)に示すように、比較例では、回転方向が一方向(往路)である場合の直線性と、逆方向(復路)である場合の直線性との差が、最大で0.58%FSとなるのに対して、図7の(c)に示すように、実施例では、最大で0.11%FSとなる。
よって、実施例の方が、比較例よりも、ヒステリシスが約0.5%FS(90%)改善していることが判る。
As shown in FIG. 7B, in the comparative example, the difference between the linearity when the rotation direction is one direction (outward path) and the linearity when the rotation direction is the reverse direction (return path) is 0 at the maximum. whereas the .58% FS, as shown in (c) of FIG. 7, in the embodiment, a maximum 0.11% FS.
Therefore, it can be seen that the hysteresis is improved by about 0.5% FS (90%) in the example than in the comparative example.
図8は実施例の効果を従来例による比較例と対比して示す図であり、永久磁石20の回転角度に応じて変化するホール素子40の出力を示している。
図8に示すように、実施例では、ホール素子40が検出する磁束密度は、92.7mTFSとなるのに対して、比較例では、ホール素子40が検出する磁束密度は、69.5mTFSである。
よって、実施例の方が、比較例よりも約20.0mTFS(30%)、ホール素子40が検出する磁束密度が改善することが判る。
また、回転角度が0°のときの磁束密度B(mT)が、増加若しくは減少する方向にシフトしていないので、外部磁場がホール素子40による検出に影響を及ぼすのを、磁気シールド50が防止していることが判る。
FIG. 8 is a diagram showing the effect of the embodiment in comparison with the comparative example according to the conventional example, and shows the output of the
As shown in FIG. 8, in the example, the magnetic flux density detected by the
Therefore, it can be seen that the embodiment improves the magnetic flux density detected by the
Further, since the magnetic flux density B (mT) when the rotation angle is 0 ° is not shifted in the increasing or decreasing direction, the
図9は実施例の効果を従来例による比較例と対比して示す図であり、永久磁石20の回転に応じて変化するホール素子40の出力の変動の直線性を示している。
図9に示すように、実施例では、直線性が0.45%FSであるのに対して、比較例では0.60%FSである。
よって、実施例の方が、比較例よりも約0.15%FS(25%)、直線性が改善することが判る。
FIG. 9 is a diagram showing the effect of the embodiment in comparison with the comparative example according to the conventional example, and shows the linearity of the fluctuation of the output of the
As shown in FIG. 9, in the example, the linearity is 0.45% FS, whereas in the comparative example, it is 0.60% FS.
Therefore, it can be seen that the linearity is improved in the example by about 0.15% FS (25%) than in the comparative example.
以上の通り、本実施例では、被検出体である回転体10と一体に回転可能で、周方向に沿って磁極が変化するリング状の永久磁石20と、リング状の永久磁石20の外周面を一定間隙をおいて囲むリング状の集磁ヨーク30と、リング状の集磁ヨーク30を直径線に沿って2つに分割して形成される第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bの隙間Xに配置されたホール素子40とを備える非接触式回転角度検出センサであって、集磁ヨーク30の外周面を一定間隙をおいて囲む全体として略リング状となる第1側方磁気シールド50cおよび第2側方磁気シールド50dと、集磁ヨーク30の上面から一定間隙をおいて配置される上部磁気シールド50aと、集磁ヨーク30の下面から一定間隙をおいて配置される下部磁気シールド50bとを互いに離間させつつ設けた構成とした。
これにより、リング状の集磁ヨーク30から一定間隙をおいて配置された磁気シールド(上部磁気シールド50a、下部磁気シールド50b、第1側方磁気シールド50c、そして第2側方磁気シールド50d)が、ホール素子40による回転体10の回転角度の検出に外部磁界が影響を及ぼすことを防止できる。
また、各磁気シールド50は、リング状の集磁ヨーク30から所定間隙をおいて互いに離間させつつ別々に配置されており、磁気シールドを一体に形成した場合よりも磁気抵抗が大きくなり、磁気が通りにくくなる。
よって、磁気抵抗が大きくなり磁気が通りにくくなった分に応じて、磁束が磁気シールドに回り込んでリング状ヨークの磁束密度を低下させることや、回転角度検出センサの出力特性が磁気シールドの影響を受けることがない範囲で、磁気シールドを、従来の一体に形成した磁気シールドの場合よりも、リング状ヨークに近づけて配置することができる。よって、回転角度検出センサをより小型化することができる。
さらに、各磁気シールドは、互いに離間させつつ別々に配置されるので、磁気シールドを一体に形成する場合のように、磁気シールドの提供に際して、溶接や絞り加工を必要としない。よって、一体に形成した磁気シールドを採用する従来の回転角度検出センサのように、製造過程における組付けや、組み立てが難しくなることがない。
As described above, in this embodiment, the ring-shaped
As a result, the magnetic shields (upper
In addition, each
Therefore, depending on the amount of magnetic resistance that has increased and the magnetism has become difficult to pass, the magnetic flux goes around the magnetic shield to reduce the magnetic flux density of the ring-shaped yoke, and the output characteristics of the rotation angle detection sensor are affected by the magnetic shield. The magnetic shield can be disposed closer to the ring-shaped yoke than in the case of the conventional integrally formed magnetic shield. Therefore, the rotation angle detection sensor can be further downsized.
Furthermore, since the magnetic shields are arranged separately while being separated from each other, welding and drawing are not required when providing the magnetic shields as in the case where the magnetic shields are integrally formed. Therefore, unlike the conventional rotation angle detection sensor that employs an integrally formed magnetic shield, assembly and assembly in the manufacturing process do not become difficult.
ここで、例えば上部磁気シールドと下部磁気シールドのうちの一方を、第1側方磁気シールドおよび第2側方磁気シールドと一体に形成したカップ形状の磁気シールドとする場合、磁気シールドの溶接による接合や、板状部材の絞り加工等により、カップ形状の磁気シールドを形成する必要がある。
しかし、実施例では、上部磁気シールドと、下部磁気シールドと、側方磁気シールドとをそれぞれ互いに離間させつつ設ける構成としたので、溶接や絞り加工などを必要としない。よって、実施例にかかる回転角度検出センサの製造を、簡便に行うことができる。
Here, for example, when one of the upper magnetic shield and the lower magnetic shield is a cup-shaped magnetic shield formed integrally with the first side magnetic shield and the second side magnetic shield, the magnetic shield is joined by welding. In addition, it is necessary to form a cup-shaped magnetic shield by drawing a plate-like member or the like.
However, in the embodiment, since the upper magnetic shield, the lower magnetic shield, and the side magnetic shield are provided so as to be separated from each other, welding or drawing is not required. Therefore, the rotation angle detection sensor according to the embodiment can be easily manufactured.
さらに、対面配置された第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとの隙間Yを結ぶ線分と、対面配置された第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとの隙間Xを結ぶ線分とが、略90度の角度で交差するように、第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとを配置する構成とした。
第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとの間の隙間Yは、外部磁気がその内方に漏れ出す場所となるので、かかる隙間Yが隙間Xの近傍にあると、漏れ出した磁気が、ホール素子40による磁束量の測定に影響を及ぼす。
ここで、隙間Xを結ぶ線分と隙間Yを結ぶ線分とが、略90度の角度で交差するように第1側方磁気シールド50cと第2側方磁気シールド50dとを配置すると、隙間Xと隙間Yとが最も離れて位置する。よって、隙間Yから漏れ出した磁気が、ホール素子40による磁束量の測定に影響を及ぼすことを防止できる。
Further, a line segment connecting the gap Y between the first side
Since the gap Y between the first side
Here, when the first side
さらに、上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bとが、対面配置された第1集磁ヨーク30a、第2集磁ヨーク30bにより形成される全体としてリング状となる集磁ヨーク30の内径よりも大きく外径よりも小さい径の開口51a、51bを、それぞれ有する構成として、回転角度検出センサの永久磁石20と、第1集磁ヨーク30aおよび第2集磁ヨーク30bの一部が、開口51a、51b内で露出するようにした。
これにより、集磁ヨーク30の位置していない永久磁石20の上下方向に、上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bとが位置しないので、永久磁石20に、上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bとが影響を及ぼすことを防止する。
また、集磁ヨーク30の一部が、開口51aと開口51b内に露出して、集磁ヨーク30の方が、開口51aおよび開口51bの縁よりも、永久磁石20の近くに位置しているので、上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bへの磁束の回り込みを防止できる。よって、集磁ヨーク30の磁束密度が低下しないので、回転角度検出センサの出力特性が変化することはない。
Further, the upper
Thereby, since the upper
Further, a part of the magnetic
上記実施例では、上部磁気シールド50aの開口51aと下部磁気シールド50bの開口51b内に、全体としてリング形状となる集磁ヨーク30の内径側の領域が露出する場合を例に挙げて説明をした。
しかし、開口51a、51bの大きさは、回転角度センサの回転体10を挿通させることができ、かつ上部磁気シールド50aと下部磁気シールド50bとが、永久磁石20の磁気に影響を与えない範囲で、適宜変更可能である。
よって、かかる条件を満たす限り、開口51a、51bの大きさを、第1集磁ヨーク30aと第2集磁ヨーク30bとをその内方に露出させない大きさとすることも可能である。
The above embodiment has been described by taking as an example the case where the inner diameter side region of the magnet-collecting
However, the sizes of the
Therefore, as long as this condition is satisfied, the sizes of the
さらに、上記実施例では、回転体10を挟んで対向配置した支持部材60、70により、上部磁気シールド50a、下部磁気シールド50b、第1側方磁気シールド50c、そして第2側方磁気シールド50dを、互いに所定間隙をあけて配置させる構成としたが、回転体10を中心として周方向に複数配置した支持部材60、70により、支持するようにしても良い。この場合、図示しないフレームに固定される支持部材60の数も、各磁気シールド50の安定性などに応じて適宜変更可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the upper
10 回転体
11 磁石保持部
20 永久磁石
20a 磁石半円部
20b 磁石半円部
30 集磁ヨーク
30a 第1集磁ヨーク
30b 第2集磁ヨーク
40 ホール素子
50 磁気シールド
50a 上部磁気シールド
50b 下部磁気シールド
50c 第1側方磁気シールド
50d 第2側方磁気シールド
51a 開口
51b 開口
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記リング状永久磁石の外周面を、一定間隙をおいて囲むリング状ヨークと、
前記リング状ヨークを直径線に沿って2つに分割して形成される隙間に配置された磁気感応素子とを備える非接触式回転角度検出センサであって、
前記リング状ヨークの外周面を一定間隙をおいて囲むリング状磁気シールドと、前記リング状ヨークの上面から一定間隙をおいて配置される上部磁気シールドと、前記リング状ヨークの下面から一定間隙をおいて配置される下部磁気シールドとを、互いに離間させつつ設けたことを特徴とする非接触式回転角度検出センサ。 A ring-shaped permanent magnet that can rotate integrally with the object to be detected and whose magnetic poles change along the circumferential direction;
A ring-shaped yoke surrounding the outer peripheral surface of the ring-shaped permanent magnet with a certain gap;
A non-contact rotational angle detection sensor comprising a magnetic sensitive element arranged in a gap formed by dividing the ring-shaped yoke into two along a diameter line,
A ring-shaped magnetic shield surrounding the outer peripheral surface of the ring-shaped yoke with a certain gap, an upper magnetic shield arranged with a certain gap from the upper surface of the ring-shaped yoke, and a certain gap from the lower surface of the ring-shaped yoke A non-contact rotational angle detection sensor characterized in that a lower magnetic shield disposed in the space is provided apart from each other.
ことを特徴とする請求項1に記載の非接触式回転角度検出センサ。 The ring-shaped magnetic shield is divided into two along a diameter line. In the ring-shaped magnetic shield, a diameter line that divides the ring-shaped magnetic shield and a diameter line that divides the ring-shaped yoke are orthogonal to each other. The contactless rotation angle detection sensor according to claim 1, wherein the sensor is arranged as described above.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非接触式回転角度検出センサ。3. The upper magnetic shield and the lower magnetic shield are ring-shaped members in which openings having a diameter larger than an inner diameter of the ring-shaped yoke and smaller than an outer diameter are formed. The non-contact type rotation angle detection sensor described.
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