JPH09196610A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続的な回転角度の検出および絶対的な回転
位置の検出を可能にすると共に、信頼性を向上し、コス
トを低減する。 【解決手段】 直流電源１４によってコイル１１，１２
の巻線１１ａ，１２ａに通電すると、コイル１１，１２
間に直流磁界が発生する。測定対象が回転すると、磁気
方位センサ１３の可変インダクタンス素子２１，２２が
回転し、各可変インダクタンス素子２１，２２が直流磁
界の方向となす角度が変化し、各可変インダクタンス素
子２１，２２のインダクタンスが変化する。従って、各
可変インダクタンス素子２１，２２のインダクタンスの
変化に応じて変化するパラメータに基づいて、各可変イ
ンダクタンス素子２１，２２が直流磁界の方向となす角
度、すなわち測定対象の回転角度を求めることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気方位センサを
利用した回転角度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁気を利用した回転角度検出
装置として、磁気レゾルバやロータリエンコーダが知ら
れている。図４は、このような従来の回転角度検出装置
の概略の構成を示す斜視図である。この回転角度検出装
置は、測定対象の回転軸に連結される回転軸１０１と、
この回転軸１０１に取り付けられた円板状の回転体１０
２と、この回転体１０２の外周部に貼り付けられたプラ
スチックマグネット１０３と、このプラスチックマグネ
ット１０３に対向する位置に配置された磁気抵抗素子等
の磁気センサ１０４とを備えている。プラスチックマグ
ネット１０３には、所定のピッチＰでＮ極とＳ極が交互
に着磁されている。この回転角度検出装置では、測定対
象の回転に応じて回転体１０２が回転すると、プラスチ
ックマグネット１０３上のＮ極とＳ極が交互に磁気セン
サ１０４に対向して、磁気センサ１０４の出力が変化す
る。従って、磁気センサ１０４の出力より、磁気センサ
１０４の前を通過したＮ極またはＳ極の数が求まり、こ
の数をｎとし、プラスチックマグネット１０３の外周の
長さをＬとすると、回転角度θ（°）は、θ＝（ｎＰ／
Ｌ）×３６０で求まる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示した回転角度検出装置では、回転角度はディジタル量
でしか得られないため、連続的な回転角度の検出ができ
ないという問題点があった。また、回転角度の変化量す
なわち回転角度の相対値しか得られないため、回転角度
の絶対的な値、すなわち絶対的な回転位置を検出できな
いという問題点があった。また、プラスチックマグネッ
ト１０３と磁気センサ１０４との間隙にごみが入ってプ
ラスチックマグネット１０３や磁気センサ１０４が傷つ
いて故障する場合があり、信頼性が劣るという問題点が
あった。更に、プラスチックマグネット１０３が必要で
あること、およびプラスチックマグネット１０３にＮ極
とＳ極を交互に着磁する処理が必要があることから、コ
ストが高くなるという問題点があった。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題は、連続的な回転角度の検出および絶対
的な回転位置の検出が可能であり、且つ、信頼性が高
く、コストの低減が可能な回転角度検出装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の回転角度
検出装置は、直流磁界を生成する直流磁界生成手段と、
測定対象に連結されて回転すると共にその回転中心軸が
直流磁界生成手段によって生成される直流磁界の方向と
交差するように直流磁界中に配置された回転部を有し、
この回転部が直流磁界の方向となす角度を検出するため
の磁気方位センサとを備えたものである。

【０００６】請求項２記載の回転角度検出装置は、請求
項１記載の回転角度検出装置において、磁気方位センサ
の回転部が、互いに直交するように配置され、それぞ
れ、細長の強磁性体部とこの強磁性体部の周囲に巻回さ
れた巻線とを含み外部磁界に応じてインダクタンスが変
化する２つの可変インダクタンス素子を有するように構
成したものである。

【０００７】請求項１記載の回転角度検出装置では、測
定対象が回転すると磁気方位センサの回転部が回転し、
この回転部が直流磁界の方向となす角度が変化する。従
って、磁気方位センサによって、回転部が直流磁界の方
向となす角度を検出することにより、測定対象の回転角
度を求めることができる。

【０００８】請求項２記載の回転角度検出装置では、測
定対象が回転すると２つの可変インダクタンス素子が回
転し、各可変インダクタンス素子のインダクタンスが変
化する。従って、各可変インダクタンス素子のインダク
タンスの変化に応じて変化するパラメータを測定するこ
とによって、測定対象の回転角度を求めることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施の形態に係る回転角
度検出装置の構成を示す説明図である。本実施の形態に
係る回転角度検出装置は、直流磁界を生成する直流磁界
生成手段としての２つのコイル１１，１２と、このコイ
ル１１，１２の間に配置された磁気方位センサ１３とを
備えている。各コイル１１，１２は、それぞれ例えば円
柱状の磁気コア１１ａ，１２ａと、この磁気コア１１
ａ，１２ａの周囲に巻回された巻線１１ｂ，１２ｂとで
構成されている。磁気コア１１ａ，１２ａは、所定の間
隔を開けて一直線上に配置され、巻線１１ｂ，１２ｂは
同一方向に巻回されている。巻線１１ｂ，１２ｂには、
直流電源１４によって同一方向の直流電圧が印加され、
これにより、コイル１１，１２間に略均一で平行な直流
磁界が形成されるようになっている。

【００１１】磁気方位センサ１３は、コイル１１，１２
間に配置された枠体１６と、この枠体１６の中心部にお
いて、コイル１１，１２によって生成される直流磁界の
方向と直交するように配置され、且つ枠体１６によって
回転自在に支持された回転軸１７と、この回転軸１７に
取り付けられた２つの可変インダクタンス素子２１，２
２とを備えている。回転軸１７および可変インダクタン
ス素子２１，２２は回転体を構成している。回転軸１７
は、測定対象の回転軸に連結され、測定対象の回転に伴
って回転するようになっている。２つの可変インダクタ
ンス素子２１，２２は、互いに直交するように配置され
ている。

【００１２】可変インダクタンス素子２１，２２は、外
部磁界に応じてインダクタンスが変化する素子であり、
それぞれ、例えば、細長い板状の基体と、この基体上に
形成された強磁性体部としての強磁性体層と、これら基
体および強磁性体層の周囲に巻回された巻線とで構成さ
れている。強磁性体層の素材としては、例えばＣｏ７０
％，Ｆｅ６％，Ｓｉ１５％，Ｂ９％を含むアモルファス
が用いられる。強磁性体層の形状は、例えば長さ２０ｍ
ｍ、幅０．２ｍｍ、厚み２０〜５０μｍとしている。強
磁性体層は、例えば強磁性体を所定の形状に加工したも
のをエポキシ樹脂等によって基体上に接着したり、基体
上に強磁性体をスパッタリングする等の方法により形成
される。巻線は例えば導線を２００回巻回して形成され
る。

【００１３】図２は、本実施の形態に係る回転角度検出
装置を用いて回転角度を検出するための回路の構成の一
例を示す回路図である。この回路は、各可変インダクタ
ンス素子２１，２２の巻線２１ａ，２２ａに抵抗器３２
を介して高周波電圧を印加する高周波電源３１と、各巻
線２１ａ，２２ａの両端の電圧の振幅を検出する検波回
路３３，３４と、各検波回路３３，３４の各出力に基づ
いて回転角度を算出する演算回路３５とを備えている。
高周波電源３０は、例えば１ＭＨｚの正弦波電圧を巻線
２１ａ，２２ａに印加するようになっている。

【００１４】次に、本実施の形態に係る回転角度検出装
置の作用について説明する。直流電源１４によってコイ
ル１１，１２の巻線１１ａ，１２ａに通電すると、コイ
ル１１，１２間に直流磁界が発生する。測定対象が回転
すると、磁気方位センサ１３の可変インダクタンス素子
２１，２２が回転し、各可変インダクタンス素子２１，
２２が直流磁界の方向となす角度が変化し、その結果、
各可変インダクタンス素子２１，２２から見ると外部磁
界が変化することになり、各可変インダクタンス素子２
１，２２のインダクタンスが変化する。従って、各可変
インダクタンス素子２１，２２のインダクタンスの変化
に応じて変化するパラメータに基づいて、各可変インダ
クタンス素子２１，２２が直流磁界の方向となす角度、
すなわち測定対象の回転角度を求めることができる。

【００１５】図２に示した回路では、検波回路３３によ
って可変インダクタンス素子２１の巻線２１ａの両端の
電圧の振幅が検出され、検波回路３４によって可変イン
ダクタンス素子２２の巻線２２ａの両端の電圧の振幅が
検出される。検波回路３３，３４によって検出される各
振幅は、各可変インダクタンス素子２１，２２が直流磁
界の方向となす角度、すなわち測定対象の回転角度に応
じて変化する。図３は、図１に示したように可変インダ
クタンス素子２２が直流磁界の方向となす角度を回転角
度θ°とすると共に、回転角度０°のときに検波回路３
３によって検出される振幅を０として、回転角度θと各
検波回路３３，３４によって検出される振幅との関係を
示したものであり、符号４１は検波回路３３によって検
出される振幅、符号４２は検波回路３４によって検出さ
れる振幅を示している。この図から分かるように、各検
波回路３３，３４によって検出される各振幅は、位相が
９０°ずれた正弦波形となる。

【００１６】ここで、検波回路３３によって検出される
振幅をＸ、検波回路３４によって検出される振幅をＹと
すると、Ｘ，Ｙはそれぞれ下式のように表される。ただ
し、Ａは、各振幅Ｘ，Ｙの最大値である。

【００１７】

【数１】Ｘ＝Ａｓｉｎθ Ｙ＝Ａｃｏｓθ

【００１８】上式より、回転角度θは下式のように求め
られる。

【００１９】

【数２】θ＝ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）

【００２０】図２における演算回路３５は、上式より、
各検波回路３３，３４によって検出される各振幅Ｘ，Ｙ
に基づいて回転角度θを算出する。

【００２１】以上説明したように本実施の形態に係る回
転角度検出装置によれば、連続的な回転角度の検出およ
び絶対的な回転位置の検出が可能になる。また、磁気方
位センサ１３と各コイル１１，１２との間隙は大きくて
も良いので、図４に示したような従来の回転角度検出装
置のように、間隙にごみが入って故障するようなことが
なく、信頼性が向上する。更に、プラスチックマグネッ
トが不要であること、およびプラスチックマグネットに
Ｎ極とＳ極を交互に着磁する処理が不要であることか
ら、コストを低減することができる。

【００２２】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、例えば、直流磁界生成手段としては永久磁石を用い
ても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の回転角度検
出装置によれば、直流磁界を生成し、磁気方位センサの
回転部が直流磁界の方向となす角度を検出することによ
り、測定対象の回転角度を求めるようにしたので、連続
的な回転角度の検出および絶対的な回転位置の検出が可
能であり、しかも、間隙にごみが入って故障することが
なく信頼性が高く、プラスチックマグネットが不要であ
ることおよびプラスチックマグネットにＮ極とＳ極を交
互に着磁する処理が不要であることから、コストの低減
が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る回転角度検出装置
の構成を示す説明図である。

【図２】図１に示した回転角度検出装置を用いて回転角
度を検出するための回路の構成の一例を示す回路図であ
る。

【図３】回転角度と図２における各検波回路によって検
出される振幅との関係を示す特性図である。

【図４】従来の回転角度検出装置の概略の構成を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１１，１２…コイル、１３…磁気方位センサ、１４…直
流電源 ２１，２２…可変インダクタンス素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流磁界を生成する直流磁界生成手段
   と、 測定対象に連結されて回転すると共にその回転中心軸が
   前記直流磁界生成手段によって生成される直流磁界の方
   向と交差するように前記直流磁界中に配置された回転部
   を有し、この回転部が前記直流磁界の方向となす角度を
   検出するための磁気方位センサとを備えたことを特徴と
   する回転角度検出装置。
2. 【請求項２】 前記磁気方位センサの回転部は、互いに
   直交するように配置され、それぞれ、細長の強磁性体部
   とこの強磁性体部の周囲に巻回された巻線とを含み外部
   磁界に応じてインダクタンスが変化する２つの可変イン
   ダクタンス素子を有することを特徴とする請求項１記載
   の回転角度検出装置。