JP2003207366A - 回転角度センサ - Google Patents

回転角度センサ

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JP2003207366A
JP2003207366A JP2002002038A JP2002002038A JP2003207366A JP 2003207366 A JP2003207366 A JP 2003207366A JP 2002002038 A JP2002002038 A JP 2002002038A JP 2002002038 A JP2002002038 A JP 2002002038A JP 2003207366 A JP2003207366 A JP 2003207366A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能化と低コスト化を両立し、かつ角度変
換マップの切り換えが確実に行われる回転角度センサを
提供する。 【解決手段】 磁界をつくる磁気回路構成部と、磁界の
中で相対回転する磁束密度検出部とを備え、この磁束密
度検出部を直交する磁気回路構成部の回転中心線上に配
置した第一、第二ホール素子によって構成し、この第一
ホール素子7の出力Aに基づいて磁気回路構成部に対す
る磁束密度検出部の回転角度を設定した角度変換マップ
、と、この第二ホール素子の出力Bに基づいて磁気
回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角度を設定し
た角度変換マップ、とを設け、第一、第二ホール素
子の出力A,Bに応じて各角度変換マップ〜を切り
換えて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角
度を求める構成とした回転角度センサにおいて、各角度
変換マップを変換される回転角度の範囲が互いにオーバ
ーラップするように設定したことを特徴とするものとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転角度センサの
改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、回転角度を高精度で検出するには、コイルを用いた
レゾルバ方式の回転角度センサが一般的であった。この
レゾルバ方式の回転角度センサは、振動、温度変化が大
きい周囲環境に耐えられ、高い検出精度が得られる反
面、製品のコストが高いという問題点があった。
【0003】この対策として、本出願人により特願20
01−127221号として既に出願されたものがあ
る。この回転角度センサは、互いに相対回転するケース
および回転軸を備え、磁束密度検出部としてケースに第
一、第二ホール素子が固定される一方、磁気回路構成部
として回転軸に永久磁石が固定されるものである。
【0004】この回転角度センサは、このホール素子を
用いることで製品のコストダウンがはかれるとともに、
第一、第二ホール素子の出力に応じて角度変換マップの
切り換えることにより、全回転角度範囲に渡って高いセ
ンサ出力分解能が得られ、検出精度を高められる。
【0005】しかしながら、周囲環境からのノイズ等が
センサ信号に重畳される場合、角度変換マップの切り換
えができなくなり、回転角度情報に不連続な部分が発生
する可能性がある。
【0006】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、高性能化と低コスト化を両立し、かつ角度変
換マップの切り換えが確実に行われる回転角度センサを
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、磁界をつ
くる磁気回路構成部と、この磁界の中で相対回転する磁
束密度検出部とを備え、この磁束密度検出部を交差する
磁気回路構成部の回転中心線上に配置した第一、第二ホ
ール素子によって構成し、この第一ホール素子の出力A
に基づいて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回
転角度を設定した角度変換マップと、この第二ホール素
子の出力Bに基づいて磁気回路構成部に対する磁束密度
検出部の回転角度を設定した角度変換マップとを設け、
第一、第二ホール素子の出力A,Bに応じて各角度変換
マップを切り換えて磁気回路構成部に対する磁束密度検
出部の回転角度を求める構成とした回転角度センサにお
いて、各角度変換マップを変換される回転角度の範囲が
互いにオーバーラップするように設定したことを特徴と
するものとした。
【0008】第2の発明は、第1の発明において、回転
角度を検出する信号として第一、第二ホール素子の出力
のうち回転角度に対する出力変化が大きい方を用いる構
成としたことを特徴とするものとした。
【0009】第3の発明は、第1または第2の発明にお
いて、第一、第二ホール素子の出力のうち回転角度に対
する電圧変化が小さい方を用いて回転角度領域を判定す
る構成としたことを特徴とするものとした。
【0010】
【発明の作用および効果】第1の発明によると、各角度
変換マップを変換される回転角度の範囲が互いにオーバ
ーラップすることにより、ノイズ等に起因してマップの
切り換えができなくなることを回避し、角度変換マップ
の切り換えが確実に行われ、回転角度情報に不連続な部
分が発生することを防止できる。
【0011】また、磁束密度検出部としてホール素子を
用いることにより、製品のコストダウンがはかれる。
【0012】第2の発明によると、第一、第二ホール素
子の出力のうち急勾配となる方を用いて回転角度を検出
することにより、広い回転角度範囲に渡って高いセンサ
出力分解能が得られ、検出精度を高められる。
【0013】第3の発明によると、第一、第二ホール素
子の出力のうち緩勾配となる一方を用いて回転角度領域
を判定することにより、急勾配となる他方の出力を基に
回転角度を特定することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【0015】まず、図1に本発明が適用された回転角度
センサの一例を示す。この回転角度センサ1は互いに相
対回転するケースおよび回転軸を備え、ケースに第一、
第二ホール素子7,8が固定される一方、回転軸の途中
にリング磁石3が同心上に固定される。
【0016】磁気回路構成部として設けられるリング磁
石3は、永久磁石からなり、平行着磁により一対のN極
とS極が回転中心Oを挟んで回転中心線上に形成され
る。
【0017】磁束密度検出部として設けられる第一、第
二ホール素子7,8は、リング磁石3が相対回転するの
に伴って変化する磁束密度に応じた電圧を信号として電
線を介して出力する。
【0018】第一、第二ホール素子7,8が互いに直交
する回転軸の中心線上に配置される。つまり、第一、第
二ホール素子7,8は互いに直交して設けられている。
【0019】本実施の形態では、第一、第二ホール素子
7,8が磁気回路構成部として設けられるリング磁石3
の回転経路より外側に配置される。
【0020】図2は第一、第二ホール素子7,8からそ
れぞれ出力される電圧が回転角度に応じて変化する様子
を示している。第一、第二ホール素子7,8の出力A,
Bは、位相が90度異なる正弦波相当の値となる。
【0021】コントローラ5は第一、第二ホール素子
7,8の出力A,Bを入力し、この出力A,Bから予め
設定された図3に示す4つの角度変換マップ〜に基
づき回転軸の回転角度を求め、求められた回転角度を出
力する。
【0022】この角度変換マップ〜は、図3に示す
ように設定される。図3において、縦軸に設けられるイ
ンデックス(マップの配列番号)がセンサ出力のA/D
変換値、横軸がインデックスに対応するマップ値を変換
した回転角度情報、線がマップ値を結ぶ線である。
【0023】角度変換マップ、のインデックスを第
一ホール素子7の出力Aとし、角度変換マップ、の
インデックスを第二ホール素子8の出力Bとする。 ・角度変換マップは、第一ホール素子7の出力Aが立
ち上がる領域に設けられる。 ・角度変換マップは、第二ホール素子8の出力Bが降
下する領域に設けられる。 ・角度変換マップは、第一ホール素子7の出力Aが降
下する領域に設けられる。 ・角度変換マップは、第二ホール素子8の出力Bが立
ち上がる領域に設けられる。
【0024】これにより、回転角度センサ1の回転軸が
1回転するとき、角度変換マップ、、、の順に
切り換えられ、第一、第二ホール素子7,8の出力A,
Bはその勾配が大きい領域が交互に切り換えられるよう
にして取り出される。つまり、第一、第二ホール素子
7,8の出力A,Bのうち、回転角度を検出する信号と
して回転角度に対する電圧変化が大きい方が用いられ
る。
【0025】ところで、実機では周囲環境からのノイズ
等がセンサ信号に重畳される場合があり、この対策とし
てノイズを取るフィルタ等をハード面またはソフト面で
設けている。しかし、このような対策を実施してもノイ
ズを完全に取りきれない場合があり、マップの切り換え
ができなくなり、回転角度情報に不連続な部分が発生す
る可能性があった。
【0026】この対策として、本発明は、隣り合う角度
変換マップと、と、と、との間で変換
される回転角度情報の範囲が互いにオーバーラップする
ように設定する。これにより、図3において縦に延びる
破線上で各マップ値を結ぶ線がオーバーラップしてい
る。
【0027】センサ出力が0〜5Vの間で変化する場
合、センサ出力の5Vを10bit(1024bin)
の分解能で変換するため、A/Dコンバータの1bit
は、次式で計算される。 5V÷1024bin=4.88mV …(1) そして、インデックスは次式で計算される。 インデックス=センサ出力のA/D変換値−センサ中点値+300bin…(2 ) したがって、角度変換マップ〜のインデックスはそ
の中点2.5Vを0binとして、±300binの範
囲のA/D変換値とする。
【0028】角度変換マップ〜は、各マップ値を結
ぶ線が交差する領域eを持つように、インデックスの設
定範囲を決める閾値を±300binに設定している。
【0029】図4のフローチャートは角度変換マップ
〜を切り換えるルーチンを示しており、コントローラ
5において一定周期毎に実行される。
【0030】このルーチンでは、ステップ1にて第一、
第二ホール素子7,8の出力A,Bの変換値を読み込
み、これを基に次の判別を行う。 ・出力Aの変換値が±300binの範囲にあり、出力
Bの変換値がプラスのとき、マップに切り換える(ス
テップ2,3,4)。 ・出力Aの変換値が±300binの範囲にあり、出力
Bの変換値がマイナスのとき、マップに切り換える
(ステップ2,3,5,6)。なお、ステップ5にて出
力Bの変換値がマイナスでないと判定された場合、ステ
ップ12に進んで現在の情報を引き続き採用する。 ・出力Bの変換値が±300binの範囲にあり、出力
Aの変換値がプラスのとき、マップに切り換える(ス
テップ7,8,9)。 ・出力Bの変換値が±300binの範囲にあり、出力
Aの変換値がマイナスのとき、マップに切り換える
(ステップ7,8,10,11)。なお、ステップ10
にて出力Aの変換値がマイナスでないと判定された場
合、ステップ13に進んで現在の情報を引き続き採用す
る。
【0031】以上のように構成されて、コントローラ5
は、角度変換マップ〜を切り換えて、回転角度を検
出する信号として、第一、第二ホール素子7,8の出力
A,Bのうち回転角度に対する電圧変化が大きい方を用
いることにより、全回転角度範囲に渡って高いセンサ出
力分解能が得られ、検出精度を高められる。
【0032】例えば第二ホール素子8が1回転する間
に、出力Bによって例えば2点で同一出力が得られる
が、出力Aをモニターすることで回転角度が特定され
る。
【0033】そして、隣り合う角度変換マップと、
と、と、との間で変換される回転角度情報
の範囲が互いにオーバーラップすることにより、ノイズ
等に起因してマップの切り換えができなくなることを回
避する。
【0034】これに対して、隣り合う角度変換マップの
間でオーバーラップ領域を持たない場合、図5に示すよ
うに、マップ値を結ぶ線の交差点の近傍にて、周囲環境
からのノイズ等がセンサ信号に重畳され、センサ出力が
マップ値を結ぶ線の交差点を超える可能性がある。この
場合、角度変換マップの切り換えができなくなり、回転
角度情報に不連続な部分が発生するという問題点が生じ
た。
【0035】この対策として、本発明は、隣り合う角度
変換マップと、と、と、との間で変換
される回転角度情報の範囲が互いにオーバーラップする
ように設定することにより、センサ出力にノイズが重畳
したり、周囲温度変化によってセンサの中立位置がドリ
フトした場合にも、角度変換マップの切り換えが確実に
行われ、回転角度情報に不連続な部分が発生することを
防止できる。
【0036】他の実施の形態として、図6に示すよう
に、回転角度センサ21は、互いに相対回転するケース
20および回転軸2を備え、磁束密度検出部30として
ケース20に支持体26を介して第一、第二ホール素子
27,28が固定される一方、磁気回路構成部31とし
て回転軸2にロータ部23を介して永久磁石24,25
が固定しても良い。
【0037】なお、磁気回路構成部として永久磁石に代
えてコイルからなる電磁石を用いてもよい。
【0038】本発明は上記の実施の形態に限定されず
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す回転角度センサの構
成図。
【図2】同じくセンサ出力特性を示す線図。
【図3】同じく角度変換マップを示す線図。
【図4】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図5】同じくセンサ出力が変化する様子を示す説明
図。
【図6】他の実施の形態を示す回転角度センサの構成
図。
【符号の説明】
1 回転角度センサ 3 リング磁石(磁気回路構成部) 5 コントローラ 7,8 第一、第二ホール素子(磁束密度検出部)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁界をつくる磁気回路構成部と、 この磁界の中で相対回転する磁束密度検出部とを備え、 この磁束密度検出部を交差する磁気回路構成部の回転中
    心線上に配置した第一、第二ホール素子によって構成
    し、 この第一ホール素子の出力Aに基づいて磁気回路構成部
    に対する磁束密度検出部の回転角度を設定した角度変換
    マップと、 この第二ホール素子の出力Bに基づいて磁気回路構成部
    に対する磁束密度検出部の回転角度を設定した角度変換
    マップとを設け、 第一、第二ホール素子の出力A,Bに応じて各角度変換
    マップを切り換えて磁気回路構成部に対する磁束密度検
    出部の回転角度を求める構成とした回転角度センサにお
    いて、 前記各角度変換マップを変換される回転角度の範囲が互
    いにオーバーラップするように設定したことを特徴とす
    る回転角度センサ。
  2. 【請求項2】回転角度を検出する信号として前記第一、
    第二ホール素子の出力のうち回転角度に対する出力変化
    が大きい方を用いる構成としたことを特徴とする請求項
    1に記載の回転角度センサ。
  3. 【請求項3】前記第一、第二ホール素子の出力のうち回
    転角度に対する電圧変化が小さい方を用いて回転角度領
    域を判定する構成としたことを特徴とする請求項1また
    は2に記載の回転角度センサ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005266045A (ja) * 2004-03-17 2005-09-29 Pentax Corp 像ブレ補正装置
JP2006047120A (ja) * 2004-08-05 2006-02-16 Sensatec Co Ltd 無接触可変電圧器
JP2006234495A (ja) * 2005-02-23 2006-09-07 Tokai Rika Co Ltd 回転角度検出装置
US7968735B2 (en) 2005-05-27 2011-06-28 Quidd Light-emitting biomarker
CN110906860A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 三星电机株式会社 用于感测旋转主体的设备

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