JPS628122B2 - - Google Patents

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JPS628122B2
JPS628122B2 JP5699180A JP5699180A JPS628122B2 JP S628122 B2 JPS628122 B2 JP S628122B2 JP 5699180 A JP5699180 A JP 5699180A JP 5699180 A JP5699180 A JP 5699180A JP S628122 B2 JPS628122 B2 JP S628122B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angle
rotating body
magnetoresistive element
rotation angle
detection device
Prior art date
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Expired
Application number
JP5699180A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS56153204A (en
Inventor
Yoshimitsu Ishitobi
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NEC Home Electronics Ltd
Original Assignee
NEC Home Electronics Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Home Electronics Ltd filed Critical NEC Home Electronics Ltd
Priority to JP5699180A priority Critical patent/JPS56153204A/ja
Publication of JPS56153204A publication Critical patent/JPS56153204A/ja
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Granted legal-status Critical Current

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

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は磁電変換素子を利用する回転角検出
装置、特に単一の磁気抵抗素子による角度検出範
囲を拡大する検出方法を利用した回転検出装置に
関する。
磁気抵抗素子を用いた回転体の角度検出装置は
回転体に装着した永久磁石の磁界方向変化に感応
して角度検出するものであり、通常、単一の磁気
抵抗素子の検知範囲は永久磁石の磁界方向に関し
±45゜である。すなわち、磁気抵抗素子を用いた
角度センサの電気出力電圧Eは基準印加電圧の
E0に対しE=E0 sin2θの関係を有する。それ故
に、従来方式での磁気抵抗素子を用いる角度セン
サは1/4回転(1/2π)の範囲、すなわち一
つの象限においての検出を可能にするにすぎず1
回転の全ての角度を検出することができなかつ
た。換言すれば、回転体の全周にわたる角度検出
を連続的に行なうには磁気抵抗素子によつては事
実上不可能に近かつた。
従つて、本発明は上記に鑑み提案されたもので
あり、磁気抵抗素子を用いた新規且つ改良された
角度検出装置を提供することを目的とする。
本発明に係る角度センサは、角度検出される被
検出体の回転体に永久磁石を装着するに際して永
久磁石の磁石方向を回転体の主軸方向に対して傾
斜配置することを特徴とするものである。すなわ
ち、回転体の回動主軸に対する傾斜角を45゜以下
に形成した磁軸を有して回転体に配置した永久磁
石及び回転体の回動主軸に対する平行面に固定配
置した磁気抵抗素子とから構成され、回転体と所
定の傾斜角をもつて一体に回動する永久磁石の磁
界を回動主軸に平行な固定側磁気抵抗素子に影響
させ回転角に応じて変化する抵抗変化を生じさせ
る。ここで注目すべきことは回動主軸と磁軸の傾
斜角の設定であり、その傾斜角を45゜以下に設定
することで磁気抵抗素子の角度検知範囲を±90゜
に拡大したことである。その結果、従来方式にお
ける1個の磁気抵抗素子の角度検知範囲を増加さ
せた。
本発明における重要な別の特徴は回転体の主軸
に対して傾斜角をもたせた磁軸の永久磁石と、2
個の互に直交して固定配置した磁気抵抗素子とか
ら成る回転角検出装置を提供することである。そ
して、それぞれ電気出力Ex=Esinθ及びEy=
Ecosθを得て、これを×−Y表示装置に入力す
れば回転状態を簡単に表示でき、オシロスコープ
やXYレコーダの入力信号に利用され得る。ま
た、本発明に係る回転角検出装置は風向指示器、
レーダ装置、航跡記録装置、機械的回転指示器に
対する電気出力変換器、その他回転むら検出やエ
ンジンコントロールへの適用があり、その実用性
は大きい。
本発明の回転角検出装置は、前述する傾斜角を
零に近づけるに従つて電気的出力レベルは小さく
なるが、反面回転角対出力のリニアリテイが改善
される。従つて、検出精度の向上には傾斜角を小
さく設定すべきであり、リニアリテイの向上と出
力レベルの増大とは相反しておりこの点の配慮が
必要となる。
以下、本発明に係る実施例について図面を参照
しつつ詳述する。
第1図は本発明に係る回転角検出装置の要部斜
視図であり、回転体1に対する回転角検出装置で
ある。回転体1はシヤフト部分2が軸心方向に伸
びており、その回動主軸線3に対して特定の傾斜
角aをもつ磁軸線4に沿つて永久磁石5が回転体
1と一体に装着されている。従つて、回転体1の
反時計方向の回転、すなわち主軸線3の矢印方向
に回動角θだけ回転する時に永久磁石5は点線に
示す位置に移動することとなる。一方、この回転
体1の回動主軸線3に対して平行な面にそれぞれ
直交して第1及び第2の磁気抵抗素子6,7が固
定配置され、それぞれに電気回路8,9を接続し
て電気回路の出力端子Ex及びEyに検出値を出力
する。
上記構成における回転角検出装置は、第1の磁
気抵抗素子6が回転体1に装着した永久磁石5の
磁界方向の変化に応じて電気的出力Ex=Esinθ
を生成すると同時に第2の磁気抵抗素子7が同様
に電気的出力Ey=Ecosθを生成する。但しE≒
E0・2tan aであり詳細は後述する。従つて、回
転体1の回転角度に対する電気回路の検知出力は
第2図に示す出力曲線を得る。この特性曲線から
明らかなように各磁気抵抗素子6又は7はそれぞ
れ2π(=360゜)を1周期とする出力変化を呈
し、角度検知に有効な±90゜のπ(=180゜)の
範囲について角鳥検出を可能にしている。従つ
て、互に直交配置した2個の磁気抵抗素子6,7
の使用は1回転の全ての角度の検知を可能にす
る。このことは従来方法に比べて角度検出装置の
構成を簡素化するので極めて実用的である。
第3図乃至第5図は本発明に係る角度検出装置
における磁気抵抗素子を検知する電気的出力Ex
=Esinθ及びEy=Ecosθの導入を説明する模式
図であり、第1図の角度検出装置に関連して説明
する平面的概略図、立面的概略図及び斜視的概略
図である。ここで球状の回転体11はその主軸1
3に対して傾斜角aの磁軸14をもつ永久磁石1
5がその中央部分に担持しており、この回転体1
1の主軸13と平行な面に互に直交して固定配置
された2個の磁気抵抗素子の平面16,17によ
り回転体の角度θを検出するよう構成される。そ
して、X―Y座標のうちX軸に固定される磁気抵
抗素子16の前述する電気的出力Ex=Esinθに
ついて考察してみる。
第3図乃び第4図において、球状の回転体11
が主軸線13を軸心に回転角度θだけ回動すると
する。この場合、永久磁石の一端N極側が第1の
点19から第2の点20に移動して回転角度θの
変化を生ずるが、回転体の回転により、N極側の
各移動点は第3図に示すように円軌跡18を描く
と想定できる。ここで、回転体の主軸13に対し
て永久磁石の磁軸線14は、第4図に示すよう
に、傾斜角αをもつており、その磁界の方向と強
さをベクトルrで示すとき回転による磁界の変化
はベクトルrの円錐面内の変化として想定され
る。従つて、軌跡18の半径に対応する磁界のベ
クトル成分r1は、第4図から明らかなように、r1
=rsin〓となる。
一方、磁気抵抗素子の平面16に対する有効な
磁界成分τxは、第3図から明らかなように、こ
の平面16と平行な成分であり、rx=r1sinθ=
rsinα・sinθの関係が導き出せる。また、磁気
抵抗素子の平面16に対して投影される主軸線1
3と磁軸線14の投影傾斜角をaxとすると、こ
の傾斜角axは回転角度θに依存しtan ax=tan
a・sinθ又はax=tan-1(tan a・sinθ)の関係
を得る。従つて磁気抵抗素子の平面16による電
気的出力Exは公知の関係式からEx=E0sin2axで
求められる。ここでE0は基準動作電圧である。
この電気的出力Exは前述する関係式から次の通
り変換される。
Ex=E0sin2ax= E0sin{2tan-1(2tan a-1・sinθ)} 一方、tan a≒0とするとtan a・sinθ≒0
であり、且つx≒0のときtan-1x≒xであるから tan-1(tan a・sinθ)≒tan a・sinθとな
る。また、x≒0のときsin x≒xでもあるから
Ex=E0sin{(2tan a)・sinθ}≒E0(2tan
a)・sinθを得る。すなわち、Ex=Esinθを得
る(ここでE≒E0・2tan aであり、傾斜角aの
設定により出力の絶対値が変わることを意味す
る)。
磁気抵抗素子の平面17に対する電気的出力
Eyも同様にしてEy=Ecosθ≒E0・2tanaの関係
を得る。
上述の関係は第5図の斜視的概略図を用いても
説明されるだろう。すなわち、第5図に示すよう
に、回転体の主軸線13と永久磁石の磁軸線14
が傾斜角aの関係をもつて回転するとき、永久磁
石の磁界のベクトルrは頂角2aをもつ円錐体を形
成しその円錐面内を運動する。ここで回転角度θ
の変化は点19から点20の変化として想定さ
れ、X―Y軸上の各磁気抵抗素子の平面16,1
7が検知する有効な磁界成分rx,ryはそれぞれの
面に平行な磁界変化成分として傾斜角aのときの
各平面に投射される投影傾斜角ay,ay、すなわ
ち回転角度θの変化に応じて変化する。従つて、
第5図から次の関係も得られる。
ax=tan-1(tan a・sinθ)、rx=r(sin a・
sinθ) Rx=r(cos2a+sin2a・sin2θ)、及び ay=tan-1(tan a・cosθ)、ry=r(sin
a・cosθ) Ry=r(cos2a+sin2a・cos2θ) 結果的には第2図に示す回転角度に対する電気
的出力の関係特性曲線ExとEyを得て単一の磁気
抵抗素子の検出範囲を実質的に180゜に倍増す
る。
注目されることは主軸13に対する磁軸14の
傾斜角aに関してaの値を零に近づければ近づけ
る程に検出角度θにおける誤差角度θ′は零に近
づいてリニアリテイの改善となる。これに反して
傾斜角aが零に近づく程に電気的出力eの絶対値
は小さくなる。また、同一の傾斜角の下でも検出
角度θの値によつて誤差角度θ′と電気出力eと
が変化する。この変化は検出角度θの値で45゜を
周期として誤差角度が正又は負に変化するほかに
誤差角度θ′と出力eの値を周期的に変える。第
1表は「検出角度θにおける誤差角度θ′」をま
た、第2表は「検出角度θにおける相対出力e」
をそれぞれ傾斜角aを変数として実際の計算から
求めたものであり、45゜周期変動のうちの最初の
周期で示した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る角度検出装置の概略を示
す斜視図、第2図は第1図の回転に関して電気回
路で得る電気的出力の特性図、及び第3図乃至第
5図は第2図の関係を導出する説明模式図であ
り、それぞれ平面、立面及び斜視概略図である。 1,11……回転体、3,13……主軸
(線)、4,14……磁軸(線)、5……永久磁
石、6,7,16,17……磁気抵抗素子(の平
面)、18……軌跡。
【表】
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 回転体の回動主軸に対する傾斜角が45゜以内
    で形成された磁軸を有する永久磁石、前記回動主
    軸に対する平行面に配置した磁気抵抗素子、及び
    この磁気抵抗素子を駆動させその抵抗変化を出力
    する電気回路を具備し、前記回転体の回転角を前
    記磁気抵抗素子の抵抗値の介在により前記電気回
    路の出力として検出することを特徴とする回転角
    検出装置。 2 前記磁気抵抗素子が互に直交する面に配置さ
    れる第1及び第2の磁気抵抗素子を含み、前記電
    気回路は各磁気抵抗素子の抵抗値に対応する出力
    を合成して前記回転体に対する全ての角度を検出
    可能にした特許請求の範囲第1項に記載の回転角
    検出装置。
JP5699180A 1980-04-28 1980-04-28 Detector for rotating angle Granted JPS56153204A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5699180A JPS56153204A (en) 1980-04-28 1980-04-28 Detector for rotating angle

Applications Claiming Priority (1)

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JP5699180A JPS56153204A (en) 1980-04-28 1980-04-28 Detector for rotating angle

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Publication Number Publication Date
JPS56153204A JPS56153204A (en) 1981-11-27
JPS628122B2 true JPS628122B2 (ja) 1987-02-20

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JP5699180A Granted JPS56153204A (en) 1980-04-28 1980-04-28 Detector for rotating angle

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62124410A (ja) * 1985-11-26 1987-06-05 Mitsubishi Precision Co Ltd フリ−ジヤイロ機構の角度検出装置
DE10042602A1 (de) * 2000-08-30 2002-03-28 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Erweiterung des Absolutwinkelmessbereiches bei Magnetfeldsensoren
US9772200B2 (en) * 2013-03-15 2017-09-26 Bourns, Inc. Position measurement using angled collectors

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JPS56153204A (en) 1981-11-27

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