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JP4249053B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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JP4249053B2 - Rotation angle detector - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置に関する。   The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft.

図8(a)に、回転角検出装置の軸方向断面図を、(b)に上面図を、それぞれ示す。図に示すように、回転角検出装置100は、磁石101とヨーク102とホールIC103とを備えている。磁石101は回転軸104に環装されている。磁石101は回転軸104とともに回転可能である。ヨーク102は、ハウジング(図略)内周面に固定されている。ヨーク102と磁石101とは同軸上に配置されている。ヨーク102には、一対のギャップ102a、102bが配置されている。ホールIC103は、ギャップ102aに配置されている。回転軸104とともに磁石101が回転すると、ギャップ102a、102bにおける磁束密度が変化する。ホールIC103は磁束密度に対応する電圧を出力する。この電圧から回転軸104の回転角が検出される。
特許第2842482号公報(第5欄第43行〜第46行)
FIG. 8A shows an axial sectional view of the rotation angle detecting device, and FIG. 8B shows a top view. As shown in the figure, the rotation angle detection device 100 includes a magnet 101, a yoke 102, and a Hall IC 103. The magnet 101 is mounted on the rotating shaft 104. The magnet 101 can rotate together with the rotating shaft 104. The yoke 102 is fixed to the inner peripheral surface of the housing (not shown). The yoke 102 and the magnet 101 are arranged coaxially. In the yoke 102, a pair of gaps 102a and 102b are disposed. The Hall IC 103 is disposed in the gap 102a. When the magnet 101 rotates together with the rotating shaft 104, the magnetic flux density in the gaps 102a and 102b changes. The Hall IC 103 outputs a voltage corresponding to the magnetic flux density. The rotation angle of the rotating shaft 104 is detected from this voltage.
Japanese Patent No. 2842482 (column 5, lines 43 to 46)

ところで、回転角検出精度を上げるためには、回転軸104の回転角に対する磁束の変化をリニアにすればよい。しかしながら、従来の回転角検出装置の場合、回転角に対する磁束変化のリニア性は、必ずしも満足のいくものではなかった。   By the way, in order to increase the rotation angle detection accuracy, the change of the magnetic flux with respect to the rotation angle of the rotation shaft 104 may be made linear. However, in the case of the conventional rotation angle detection device, the linearity of the magnetic flux change with respect to the rotation angle is not always satisfactory.

図9に、ヨーク内周面における周方向磁束分布を示す。なお、図8(b)に示すように、回転軸104の中心軸を中心とし、ホールIC103位置をθ=0°位置とする。図に示すように、ヨーク102内周面の周方向磁束分布は、略サインカーブ状を呈している。言い換えると、磁束量φがフラットになる角度区間が存在しない。つまり、回転角に対する磁束変化はリニアではない。   FIG. 9 shows the circumferential magnetic flux distribution on the inner circumferential surface of the yoke. As shown in FIG. 8B, the position of the Hall IC 103 is the θ = 0 ° position with the central axis of the rotation shaft 104 as the center. As shown in the figure, the circumferential magnetic flux distribution on the inner peripheral surface of the yoke 102 has a substantially sine curve shape. In other words, there is no angle section where the magnetic flux amount φ is flat. That is, the magnetic flux change with respect to the rotation angle is not linear.

なお、特許文献1には、磁石の形状を楕円等の形状とすることにより、回転角に対する磁束変化をリニアにできる旨記載されている。ところが、同文献には、具体的は形状については何ら説示、図示されていない。   Note that Patent Document 1 describes that a change in magnetic flux with respect to a rotation angle can be made linear by making the shape of a magnet an ellipse or the like. However, the document does not specifically explain or illustrate the shape.

本発明の回転角検出装置は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、回転角に対する磁束変化のリニア性を向上させることができる回転角検出装置を提供することを目的とする。   The rotation angle detection device of the present invention has been completed in view of the above problems. Therefore, an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device capable of improving the linearity of magnetic flux change with respect to the rotation angle.

(1)上記課題を解決するため、本発明の回転角検出装置は、回転軸に連結され磁界を形成するリング状の磁石と、該磁石の外周側の磁界内に配置され、該磁石との間に磁気回路を形成するとともに、該回転軸の回転により該磁石に対する相対角度が変化すると磁束密度が変化するように配置された一対のギャップを持つリング状のヨークと、一対の該ギャップの一方に配置され、該磁束密度を検出する磁気検出器と、を備えてなる回転角検出装置であって、前記ヨークの内周面は、前記回転軸を中心とした円周上にあると共に、前記ギャップを除き一定の断面形状を有し、前記ヨーク内周面の全周に亘る磁束分布曲線は、磁束量が略一定のフラット角度区間を少なくとも一区間持ち、かつ該磁束分布曲線のN極側部分であるN極側角度区間の区間長と、該磁束分布曲線のS極側部分であるS極側角度区間の区間長とは、相違することを特徴とする。 (1) In order to solve the above-mentioned problem, a rotation angle detection device according to the present invention is arranged in a ring-shaped magnet connected to a rotation shaft to form a magnetic field, and a magnetic field on the outer peripheral side of the magnet. A ring-shaped yoke having a pair of gaps arranged so as to change a magnetic flux density when a relative angle with respect to the magnet is changed by rotation of the rotary shaft, and one of the pair of gaps And a magnetic angle detector for detecting the magnetic flux density, wherein an inner peripheral surface of the yoke is on a circumference around the rotation axis, and The magnetic flux distribution curve having a constant cross-sectional shape except for the gap, and having a flat angle section in which the magnetic flux amount is substantially constant has at least one section, and the N pole side of the magnetic flux distribution curve. N-pole angle section that is part Section and length, and the section length of the S-pole-side angle section is S-pole side portion of the magnetic flux distribution curve, characterized by different.

本発明の回転角検出装置のヨーク内周面における全周磁束分布を示す磁束分布曲線には、フラット角度区間が発現する。並びに、N極側角度区間(前出図9における区間Xに相当)の区間長と、S極側角度区間(前出図9における区間Yに相当)の区間長とは、不一致である。本発明の回転角検出装置によると、フラット角度区間における磁束量が略一定である。このため、回転角に対する磁束変化のリニア性が向上する。すなわち、回転角検出精度を向上させることができる。   A flat angle section appears in the magnetic flux distribution curve indicating the entire magnetic flux distribution on the inner circumferential surface of the yoke of the rotation angle detection device of the present invention. In addition, the section length of the N pole side angle section (corresponding to section X in FIG. 9) and the section length of the S pole side angle section (corresponding to section Y in FIG. 9) are inconsistent. According to the rotation angle detection device of the present invention, the amount of magnetic flux in the flat angle section is substantially constant. For this reason, the linearity of the magnetic flux change with respect to a rotation angle improves. That is, the rotation angle detection accuracy can be improved.

(2)好ましくは、前記磁石の外周面における一対の着磁境界を結ぶ直線を着磁境界線とすると、該磁石の回転角が0度のとき、該磁石の外周面のうち、該着磁境界線よりも前記磁気検出器側は、該着磁境界線の中点を中心に、短軸半径をa、長軸半径をb、短軸方向変位をy、長軸方向変位をxとして、次式を満たす形状を呈しており、   (2) Preferably, when a straight line connecting a pair of magnetization boundaries on the outer peripheral surface of the magnet is defined as a magnetization boundary line, when the rotation angle of the magnet is 0 degree, the magnetization of the outer peripheral surface of the magnet The magnetic detector side with respect to the boundary line has a short axis radius a, a long axis radius b, a short axis direction displacement y, and a long axis direction displacement x, with the middle point of the magnetization boundary line as the center. It has a shape that satisfies the following formula,

Figure 0004249053
Figure 0004249053

該磁石の外周面のうち、該着磁境界線よりも該磁気検出器と反対側は、該中点を中心に、該中点と該着磁境界とを結ぶ直線に対する角度をθb、短軸半径をa’、長軸半径をb、曲率半径をRとして、次式を満たす形状を呈している構成とする方がよい。   Out of the outer peripheral surface of the magnet, the side opposite to the magnetic detector with respect to the magnetization boundary line has an angle with respect to a straight line connecting the midpoint and the magnetization boundary with the center point as the center and a short axis It is better to have a configuration satisfying the following formula, where the radius is a ′, the major axis radius is b, and the radius of curvature is R.

Figure 0004249053
Figure 0004249053

Figure 0004249053
Figure 0004249053

つまり、本構成は、磁石の外周面を上記三つの式に合致する形状にすることで、回転角に対する磁束変化のリニア性を向上させるものである。本発明の回転角検出装置によると、ヨーク内周面の周方向磁束分布において、磁束量がフラットになる角度区間が発生する。このため、回転角に対する磁束変化のリニア性を向上させることができる。したがって、回転角検出精度を向上させることができる。   That is, this structure improves the linearity of the magnetic flux change with respect to a rotation angle by making the outer peripheral surface of the magnet into a shape that matches the above three formulas. According to the rotation angle detection device of the present invention, an angular interval in which the amount of magnetic flux is flat is generated in the circumferential magnetic flux distribution on the inner circumferential surface of the yoke. For this reason, the linearity of the magnetic flux change with respect to a rotation angle can be improved. Therefore, the rotation angle detection accuracy can be improved.

本発明によると、回転角に対する磁束変化のリニア性を向上させることができる。   According to the present invention, the linearity of magnetic flux change with respect to the rotation angle can be improved.

以下、本発明の回転角検出装置を、アクセルペダルの操作量の検出に用いた場合の実施の形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the rotation angle detection device of the present invention is used for detection of an operation amount of an accelerator pedal will be described.

まず、本実施形態の回転角検出装置の構成について説明する。図1(a)に、本実施形態の回転角検出装置の軸方向断面図を、(b)に上面図を、それぞれ示す。図に示すように、回転角検出装置1は、磁石2とヨーク3とホールIC4とを備えている。ホールIC4は、本発明の磁気検出器に含まれる。   First, the configuration of the rotation angle detection device of the present embodiment will be described. FIG. 1A shows an axial sectional view of the rotation angle detection device of the present embodiment, and FIG. As shown in the figure, the rotation angle detection device 1 includes a magnet 2, a yoke 3, and a Hall IC 4. The Hall IC 4 is included in the magnetic detector of the present invention.

磁石2は、フェライト製であって、リング状を呈している。磁石2は、SUS304製の回転軸5に止着されている。回転軸5は、アクセルペダル(図略)の踏み込み、復帰に応じて、所定角度範囲内で正/逆回転する。したがって、磁石2も回転軸5とともに正/逆回転する。   The magnet 2 is made of ferrite and has a ring shape. The magnet 2 is fixed to the rotating shaft 5 made of SUS304. The rotating shaft 5 rotates forward / reversely within a predetermined angle range in response to depression of an accelerator pedal (not shown) and return. Therefore, the magnet 2 also rotates forward / reversely with the rotary shaft 5.

ヨーク3は、一対の半リング状部材30a、30bが対向配置され、形成されている。半リング状部材30a、30bの間には、180°離間して一対のギャップ31、32が配置されている。ヨーク3は、SPCC−SD(熱処理済み)製であって、全体として同心リング状を呈している。ヨーク3は、ハウジング(図略)の内周面に止着されている。ヨーク3は、磁石2の外周側に配置されている。ヨーク3は、磁石2の磁界内に配置されている。ヨーク3と磁石2との間には、磁気回路が形成されている。   The yoke 3 is formed by arranging a pair of half-ring members 30a and 30b to face each other. A pair of gaps 31 and 32 are disposed between the half ring-shaped members 30a and 30b so as to be separated from each other by 180 °. The yoke 3 is made of SPCC-SD (heat treated) and has a concentric ring shape as a whole. The yoke 3 is fixed to the inner peripheral surface of the housing (not shown). The yoke 3 is disposed on the outer peripheral side of the magnet 2. The yoke 3 is disposed in the magnetic field of the magnet 2. A magnetic circuit is formed between the yoke 3 and the magnet 2.

ホールIC4は、一対のギャップ31、32のうち、ギャップ31のみに配置されている。ホールIC4は、図示しないホール素子とオペアンプとを備えている。ホールIC4により、磁束密度が電圧に磁電変換される。   The Hall IC 4 is disposed only in the gap 31 of the pair of gaps 31 and 32. The Hall IC 4 includes a Hall element and an operational amplifier (not shown). The magnetic flux density is magnetoelectrically converted into a voltage by the Hall IC 4.

次に、本実施形態の回転角検出装置の動きについて説明する。アクセルペダル操作により回転軸5が回転すると、回転軸5に止着されている磁石2も共に回転する。このため、ギャップ31、32における磁束密度が変化する。磁束密度は、ホールIC4のホール素子により、電圧に変換される。変換された電圧は、オペアンプにより増幅される。増幅された電圧により、回転軸5の回転角つまりアクセルペダルの踏み込み量が検出される。   Next, the movement of the rotation angle detection device of this embodiment will be described. When the rotation shaft 5 is rotated by the accelerator pedal operation, the magnet 2 fixed to the rotation shaft 5 is also rotated. For this reason, the magnetic flux density in the gaps 31 and 32 changes. The magnetic flux density is converted into a voltage by the Hall element of the Hall IC 4. The converted voltage is amplified by an operational amplifier. Based on the amplified voltage, the rotation angle of the rotating shaft 5, that is, the depression amount of the accelerator pedal is detected.

次に、本実施形態の回転角検出装置の寸法について説明する。回転軸5の直径D1は4mm、磁石2の厚さL1は6mm、ヨーク3の内径D3は15mm、ヨーク3の外径D4は18mm、ヨーク3の厚さL2は5mm、ギャップ31、32の間隔Gは1.5mmに、それぞれ設定した。また、回転軸5の中心軸ASと、N極とS極との着磁境界α、α’を結ぶ着磁境界線BLと、の間隔Aは、1.0mmに設定した。 Next, the dimensions of the rotation angle detection device of this embodiment will be described. The diameter D1 of the rotary shaft 5 is 4 mm, the thickness L1 of the magnet 2 is 6 mm, the inner diameter D3 of the yoke 3 is 15 mm, the outer diameter D4 of the yoke 3 is 18 mm, the thickness L2 of the yoke 3 is 5 mm, and the gaps 31 and 32 are spaced. G was set to 1.5 mm. The interval A between the central axis A S of the rotating shaft 5 and the magnetization boundary line BL connecting the magnetization boundaries α and α ′ between the N pole and the S pole was set to 1.0 mm.

図2に、本発明の回転角検出装置の磁石の上面図を示す。直線lは、着磁境界α、α’の中点Oで、着磁境界線BLと直交する。直線l上における中点OとN極外周面との間隔aは5mmに設定した。また、直線l上における中点OとS極外周面との間隔a’は5.8mmに設定した。また、着磁境界線BL上における中点Oと着磁境界αまたは着磁境界α’との間隔bは6.8mmに設定した。   In FIG. 2, the top view of the magnet of the rotation angle detection apparatus of this invention is shown. The straight line l is a midpoint O of the magnetization boundaries α and α ′ and is orthogonal to the magnetization boundary line BL. The distance a between the midpoint O on the straight line l and the N pole outer peripheral surface was set to 5 mm. Further, the distance a ′ between the midpoint O on the straight line l and the S pole outer peripheral surface was set to 5.8 mm. Further, the interval b between the midpoint O on the magnetization boundary line BL and the magnetization boundary α or the magnetization boundary α ′ was set to 6.8 mm.

ここで、間隔aは、請求項2の[数1]の短軸半径に相当する。また、間隔a’は、請求項2の[数2]、[数3]の短軸半径に相当する。また、間隔bは、請求項2の[数1][数2][数3]の長軸半径に相当する。 Here, the interval a corresponds to the minor axis radius of [Equation 1] of claim 2 . The interval a ′ corresponds to the minor axis radius of [Equation 2] and [Equation 3] of claim 2 . The interval b corresponds to the long axis radius of the Equation 1 according to claim 2 [Formula 2] [Formula 3].

着磁境界線BLよりもホールIC4側(図2紙面上方)は、着磁境界線BLにおいて着磁境界α’に向かう方向の変位をx、直線lにおいてN極に向かう方向の変位をyとして、次式を満たす形状に設定した。   On the Hall IC 4 side (upward in FIG. 2) from the magnetization boundary line BL, the displacement in the direction toward the magnetization boundary α ′ in the magnetization boundary line BL is x, and the displacement in the direction toward the N pole on the straight line 1 is y. The shape satisfying the following formula was set.

Figure 0004249053
Figure 0004249053

また、着磁境界線BLよりもホールIC4側と反対側(図2紙面下方)は、曲率半径をRとして、また中点Oに対して着磁境界αをθb=0degとして、紙面反時計回りに、次式を満たす形状に設定した。   Further, on the side opposite to the Hall IC 4 side from the magnetization boundary line BL (lower side in FIG. 2), the radius of curvature is R, and the magnetization boundary α is θb = 0 deg with respect to the midpoint O, counterclockwise on the page. The shape satisfying the following formula was set.

Figure 0004249053
Figure 0004249053

Figure 0004249053
Figure 0004249053

次に、本実施形態の回転角検出装置のヨーク内周面における周方向磁束分布について説明する。図3に、本実施形態の回転角検出装置のヨーク内周面における周方向磁束分布を示す。なお、図1(b)に示すように、ヨーク3の中心軸AYを中心とし、ホールIC4位置をθ=0°位置とする。図に示すように、磁束分布曲線は、矩形波状を呈している。言い換えると、磁束分布曲線は、磁束量φがフラットになるフラット角度区間FX、FYを有している。このうち、フラット角度区間FXは、磁束分布曲線のN極部分を占めるN極側角度区間Xに配置されている。また、フラット角度区間FYは、磁束分布曲線のS極部分を占めるS極側角度区間Yに配置されている。フラット角度区間FX、FYにおいては、回転角に対する磁束変化がリニアになる。 Next, the magnetic flux distribution in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the yoke of the rotation angle detection device of the present embodiment will be described. FIG. 3 shows a magnetic flux distribution in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the yoke of the rotation angle detection device of the present embodiment. As shown in FIG. 1B, the position of the Hall IC 4 is the θ = 0 ° position with the central axis A Y of the yoke 3 as the center. As shown in the figure, the magnetic flux distribution curve has a rectangular wave shape. In other words, the magnetic flux distribution curve has flat angle sections F X and F Y in which the magnetic flux amount φ is flat. Among these, the flat angle section F X is arranged in the N pole side angle section X that occupies the N pole portion of the magnetic flux distribution curve. Further, the flat angle section F Y is arranged in the S pole side angle section Y that occupies the S pole portion of the magnetic flux distribution curve. In the flat angle sections F X and F Y , the magnetic flux change with respect to the rotation angle is linear.

また、前出図9の場合、N極側角度区間Xの区間長と、S極側角度区間Yの区間長との比は、1:1であった。これに対して、図3の場合、N極側角度区間Xの区間長と、S極側角度区間Yの区間長とを比較すると、S極側角度区間Yの方が長くなっている。すなわち、磁束分布曲線において、N極の占める割合よりも、S極の占める割合の方が大きくなっている。   In the case of FIG. 9, the ratio between the section length of the N pole side angle section X and the section length of the S pole side angle section Y was 1: 1. On the other hand, in the case of FIG. 3, when comparing the section length of the N pole side angle section X and the section length of the S pole side angle section Y, the S pole side angle section Y is longer. That is, in the magnetic flux distribution curve, the ratio of the S pole is larger than the ratio of the N pole.

次に、本実施形態の回転角検出装置のホールICにおけるヒステリシスについて、従来の回転角検出装置のホールICにおけるヒステリシスと比較しながら、説明する。図4に、回転軸つまり磁石を±50degの範囲で往復回転させた場合のヨーク内部における磁束密度の変化を示す。図5に、この場合のヨーク各角度位置における磁束密度の変化を示す。   Next, the hysteresis in the Hall IC of the rotation angle detection device of the present embodiment will be described in comparison with the hysteresis in the Hall IC of the conventional rotation angle detection device. FIG. 4 shows changes in the magnetic flux density inside the yoke when the rotating shaft, that is, the magnet is reciprocally rotated within a range of ± 50 deg. FIG. 5 shows changes in magnetic flux density at each angular position of the yoke in this case.

また、比較対象として、図6に、前出図8に示す従来の回転角検出装置において、回転軸つまり磁石を±50degの範囲で往復回転させた場合のヨーク内部における磁束密度の変化を示す。図7に、この場合のヨーク各角度位置における磁束密度の変化を示す。   As a comparison object, FIG. 6 shows a change in magnetic flux density inside the yoke when the rotary shaft, that is, the magnet is reciprocally rotated within a range of ± 50 deg in the conventional rotation angle detection device shown in FIG. FIG. 7 shows changes in magnetic flux density at each angular position of the yoke in this case.

説明の便宜上、磁石の角度を「deg」と、ヨークの角度を「°」と、それぞれ表記する。図4(図6)中、横軸の磁石回転角とは、ホールIC4(103)位置を0degとして、磁石2(101)を往復回転させた場合の角度を示す。なお、図1(b)(図8(b))紙面上において、反時計回り方向をプラス方向、時計回り方向をマイナス方向とする。図4(図6)中、実線データは、磁石2(101)をプラス方向に回転させた場合のデータを示す。また、点線データは、磁石2(101)をマイナス方向に回転させた場合のデータを示す。データは、図1(b)(図8(b))に示すように、ホールIC4(103)位置を0°として、ヨーク3(102)周方向45°位置毎(つまりθ=0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°)にサンプリングされる。図4(図6)中、縦軸の磁束密度の方向については、図1(b)(図8(b))紙面上において、時計回り方向をプラス方向、反時計回り方向をマイナス方向とする。   For convenience of explanation, the angle of the magnet is represented as “deg”, and the angle of the yoke is represented as “°”. In FIG. 4 (FIG. 6), the horizontal axis magnet rotation angle indicates an angle when the magnet 2 (101) is reciprocally rotated with the Hall IC 4 (103) position set to 0 deg. In FIG. 1B (FIG. 8B), the counterclockwise direction is the plus direction and the clockwise direction is the minus direction. In FIG. 4 (FIG. 6), the solid line data indicates data when the magnet 2 (101) is rotated in the plus direction. The dotted line data indicates data when the magnet 2 (101) is rotated in the minus direction. As shown in FIG. 1B (FIG. 8B), the data is obtained by setting the position of the Hall IC 4 (103) to 0 °, and the yoke 3 (102) in the circumferential direction every 45 ° (that is, θ = 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 °). In FIG. 4 (FIG. 6), regarding the direction of the magnetic flux density on the vertical axis, the clockwise direction is the positive direction and the counterclockwise direction is the negative direction on the paper surface of FIG. 1 (b) (FIG. 8 (b)). .

第一に、前出図8に示す従来の回転角検出装置について説明する。一例として、ヨーク102におけるθ=0°位置の磁束密度変化について説明する。磁石101を0deg〜+50degまで回転させると、図6中白抜き矢印で示すように、ヨーク102のθ=0°位置の磁束密度(実線データ)は、徐々に大きくなる。磁束密度は、+50degにおいて最大となる。   First, the conventional rotation angle detection device shown in FIG. 8 will be described. As an example, the magnetic flux density change at the position of θ = 0 ° in the yoke 102 will be described. When the magnet 101 is rotated from 0 deg to +50 deg, the magnetic flux density (solid line data) at the position of θ = 0 ° of the yoke 102 gradually increases as indicated by the white arrow in FIG. The magnetic flux density is maximum at +50 deg.

続いて、磁石101を+50deg〜0degまで復元回転させると、図6中白抜き矢印で示すように、ヨーク102のθ=0°位置の磁束密度(点線データ)は、徐々に小さくなる。磁束密度は、0degにおいて最小となる。   Subsequently, when the magnet 101 is restored and rotated from +50 deg to 0 deg, the magnetic flux density (dotted line data) at the position of θ = 0 ° of the yoke 102 gradually decreases as indicated by the white arrow in FIG. The magnetic flux density is minimum at 0 deg.

しかしながら、磁石101を復元回転させても、磁束密度は元の状態には復元しない。つまり、矢印Y0の分だけ、磁束密度が大きくなっている。同様に、θ=45°位置においては、矢印Y45の分だけ、磁束密度が大きくなっている。並びに、θ=315°位置においては矢印Y315の分だけ、磁束密度が大きくなっている。反対に、θ=135°、180°、225°位置においては、矢印Y135、Y180、Y225の分だけ、それぞれ磁束密度が小さくなっている。なお、θ=90°、270°位置においては、磁束密度は変化しない。   However, even if the magnet 101 is restored and rotated, the magnetic flux density is not restored to the original state. That is, the magnetic flux density is increased by the arrow Y0. Similarly, at the position θ = 45 °, the magnetic flux density is increased by the arrow Y45. In addition, the magnetic flux density is increased by the amount of the arrow Y315 at the position θ = 315 °. On the other hand, at the positions θ = 135 °, 180 °, and 225 °, the magnetic flux densities are respectively reduced by the arrows Y135, Y180, and Y225. Note that the magnetic flux density does not change at the positions of θ = 90 ° and 270 °.

図7に示すように、矢印Y45、Y0、Y315はプラス方向を、Y135、Y180、Y225はマイナス方向を、それぞれ向いている。これらヨーク102各角度位置における磁束密度の変化は、互いに磁気的に影響を及ぼし合う。その結果、ホールIC103が配置される0°位置の磁束密度は、プラス方向を向く。つまり、0°位置の磁束密度は、磁石101を0deg→+50deg→再び0degと正/逆回転させると、大きくなる。このことは、磁石101が同じ0deg位置にあっても、逆回転時のホールIC103の出力の方が、正回転時のホールIC103の出力よりも、大きくなってしまうことを意味する。すなわち、ホールIC103の出力にヒステリシスが発生していることを意味する。   As shown in FIG. 7, arrows Y45, Y0, and Y315 are pointing in the plus direction, and Y135, Y180, and Y225 are pointing in the minus direction. Changes in the magnetic flux density at each angular position of these yokes 102 affect each other magnetically. As a result, the magnetic flux density at the 0 ° position where the Hall IC 103 is disposed is in the positive direction. That is, the magnetic flux density at the 0 ° position increases when the magnet 101 is rotated forward / reversely from 0 deg → + 50 deg → 0 deg again. This means that even when the magnet 101 is at the same 0 deg position, the output of the Hall IC 103 during reverse rotation is larger than the output of the Hall IC 103 during forward rotation. That is, it means that hysteresis is generated in the output of the Hall IC 103.

第二に、本実施形態の回転角検出装置について説明する。図4に示すように、θ=0°、45°、315°位置においては、矢印y0、y45、y315の分だけ、それぞれ磁束密度が大きくなっている。反対に、θ=90°、135°、180°、225°、270°位置においては、矢印y90、y135、y180、y225、y270の分だけ、それぞれ磁束密度が小さくなっている。   Secondly, the rotation angle detection device of this embodiment will be described. As shown in FIG. 4, at the positions θ = 0 °, 45 °, and 315 °, the magnetic flux density is increased by the amounts of arrows y0, y45, and y315, respectively. On the other hand, at θ = 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, and 270 °, the magnetic flux density is decreased by the amounts of arrows y90, y135, y180, y225, and y270, respectively.

また、図6の場合、θ=90°、270°位置においては、磁束密度は変化しなかった。これに対して、図4の場合、上述したように、θ=90°位置においてy90の分だけ磁束密度が小さくなっている。並びに、θ=270°位置においてy270の分だけ磁束密度が小さくなっている。   In the case of FIG. 6, the magnetic flux density did not change at the positions of θ = 90 ° and 270 °. On the other hand, in the case of FIG. 4, as described above, the magnetic flux density is reduced by y90 at the position θ = 90 °. In addition, the magnetic flux density is reduced by y270 at the position θ = 270 °.

図5に示すように、矢印y45、y0、y315はプラス方向を、y90、y135、y180、y225、y270はマイナス方向を、それぞれ向いている。これらヨーク3各角度位置における磁束密度の変化は、互いに磁気的に影響を及ぼし合う。その結果、ホールIC4が配置される0°位置の磁束密度は、図7同様、プラス方向を向く。   As shown in FIG. 5, arrows y45, y0, and y315 are directed in the positive direction, and y90, y135, y180, y225, and y270 are directed in the negative direction. Changes in the magnetic flux density at each angular position of these yokes 3 affect each other magnetically. As a result, the magnetic flux density at the 0 ° position where the Hall IC 4 is arranged is in the plus direction as in FIG.

しかしながら、図5にはマイナス方向を向くy90、y270が発生している。また、図5の任意の角度位置θにおける回転前後の磁束密度変化をBhybθとし、図7の任意の角度位置θにおける回転前後の磁束密度変化をBhycθとすると、ΣBhybθ<ΣBhycθとなる。つまり、磁束密度のヒステリシス量は、マイナス方向に変化する。   However, in FIG. 5, y90 and y270 that are directed in the negative direction are generated. Further, assuming that the magnetic flux density change before and after rotation at an arbitrary angular position θ in FIG. 5 is Bhybθ and the magnetic flux density change before and after rotation at an arbitrary angular position θ in FIG. 7 is Bhycθ, ΣBhybθ <ΣBhycθ. That is, the amount of hysteresis of the magnetic flux density changes in the negative direction.

このため、ギャップ32のマイナス方向の磁束密度は、前出図7の場合よりも大きくなる。これに対して、ホールIC4が配置されるギャップ31のプラス方向の磁束密度は、マイナス方向を向くy90、y270の分だけ、小さくなる。   For this reason, the magnetic flux density in the minus direction of the gap 32 becomes larger than that in the case of FIG. On the other hand, the magnetic flux density in the positive direction of the gap 31 in which the Hall IC 4 is disposed becomes smaller by y90 and y270 that are directed in the negative direction.

次に、本実施形態の回転角検出装置の作用効果について説明する。図5、図7に、ヨークの磁束密度分布をハッチングで示す。なお、ハッチングのピッチが小さいほど磁束密度が高くなっている。従来の回転角検出装置の場合、図7に示すように、磁石101が0deg位置にある場合、ホールIC103位置を0°として、磁束密度分布は、270°位置と90°位置とを結ぶ直線Lに対して、対称である。言い換えると、磁束密度分布における密度最大部分Bmaxの配置は、直線Lに対して、対称である。 Next, the function and effect of the rotation angle detection device of this embodiment will be described. 5 and 7 show the magnetic flux density distribution of the yoke by hatching. Note that the smaller the hatch pitch, the higher the magnetic flux density. In the case of the conventional rotation angle detection device, as shown in FIG. 7, when the magnet 101 is in the 0 deg position, the Hall IC 103 position is 0 °, and the magnetic flux density distribution is a straight line L connecting the 270 ° position and the 90 ° position. Is symmetric. In other words, the arrangement of the maximum density portion B max in the magnetic flux density distribution is symmetric with respect to the straight line L.

これに対して、本実施形態の回転角検出装置1の磁石2は、前出[数4]、[数5]、[数6]に示すように、特徴的な形状を呈している。このため、磁石2の回転角が0degのとき、磁束密度の密度最大部分Bmaxは、ホールIC4位置を0°として、270°を超え90°未満の領域側に偏在している。この偏在により、θ=90°位置、270°位置には、マイナス方向の磁束密度y90、y270が発生する。このため、ギャップ31に発生するプラス方向の磁束密度を相殺することができる。したがって、本実施形態の回転角検出装置1によると、ホールIC4に発生するヒステリシスを抑制することができる。 On the other hand, the magnet 2 of the rotation angle detection device 1 of the present embodiment has a characteristic shape as shown in [Expression 4], [Expression 5], and [Expression 6]. For this reason, when the rotation angle of the magnet 2 is 0 deg, the maximum density portion B max of the magnetic flux density is unevenly distributed on the region side exceeding 270 ° and less than 90 ° with the position of the Hall IC 4 being 0 °. Due to this uneven distribution, negative magnetic flux densities y90 and y270 are generated at the θ = 90 ° position and the 270 ° position. For this reason, the positive direction magnetic flux density generated in the gap 31 can be offset. Therefore, according to the rotation angle detection device 1 of the present embodiment, hysteresis generated in the Hall IC 4 can be suppressed.

また、本実施形態の回転角検出装置1のヨーク3は、SPCC−SD(熱処理済み)製である。このため、ヒステリシスを抑制するために高価なパーマロイ等を使用する場合と比較して、製造コストを削減できる。   Further, the yoke 3 of the rotation angle detection device 1 of the present embodiment is made of SPCC-SD (heat treated). For this reason, compared with the case where expensive permalloy etc. are used in order to suppress a hysteresis, manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態の回転角検出装置1によると、前出図3に示すように、ヨーク3内周面の周方向磁束分布は、矩形波状を呈している。言い換えると、磁束量φがフラットになる角度区間が存在する。つまり、回転角に対して磁束変化がリニアになる角度区間が存在する。したがって、回転軸5に対する回転角検出精度が高い。   In addition, according to the rotation angle detection device 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the circumferential magnetic flux distribution on the inner peripheral surface of the yoke 3 has a rectangular wave shape. In other words, there is an angle section where the magnetic flux amount φ is flat. That is, there exists an angle section in which the magnetic flux change is linear with respect to the rotation angle. Therefore, the rotation angle detection accuracy with respect to the rotation shaft 5 is high.

<その他>
以上、本発明の回転角検出装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiment of the rotation angle detection device of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.

例えば、上記実施形態においては磁石2をフェライト製としたが、他の硬磁性体製でもよい。また、上記実施形態においてはヨーク3をSPCC−SD(熱処理済み)製としたが、他の軟磁性体製でもよい。また、磁石2に軟磁性体製の補助ヨークを組み合わせて使用してもよい。   For example, in the above embodiment, the magnet 2 is made of ferrite, but may be made of another hard magnetic material. In the above embodiment, the yoke 3 is made of SPCC-SD (heat treated), but may be made of other soft magnetic material. The magnet 2 may be used in combination with an auxiliary yoke made of a soft magnetic material.

また、上記実施形態においては、磁気検出器としてホールICを用いたが、例えば磁界の強さに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を持つ磁気検出器などを用いてもよい。   In the above embodiment, the Hall IC is used as the magnetic detector. However, for example, a magnetic detector having a magnetoresistive element whose resistance value changes according to the strength of the magnetic field may be used.

(a)は本発明の回転角検出装置の一実施形態となる回転角検出装置の軸方向断面図、(b)は同回転角検出装置の上面図である。(A) is an axial sectional view of a rotation angle detection device according to an embodiment of the rotation angle detection device of the present invention, and (b) is a top view of the rotation angle detection device. 同回転角検出装置の磁石の上面図である。It is a top view of the magnet of the rotation angle detection apparatus. 同回転角検出装置のヨーク内周面における周方向磁束分布を示すグラフである。It is a graph which shows the circumferential direction magnetic flux distribution in the yoke internal peripheral surface of the rotation angle detection apparatus. 同回転角検出装置において磁石を±50degの範囲で往復回転させた場合のヨーク内部における磁束密度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnetic flux density in the yoke when a magnet is reciprocatingly rotated in the range of ± 50 deg in the same rotation angle detection device. 同回転角検出装置のヨーク各角度位置における磁束密度の変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the change of the magnetic flux density in each angular position of the yoke of the same rotation angle detection apparatus. 従来の回転角検出装置において磁石を±50degの範囲で往復回転させた場合のヨーク内部における磁束密度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnetic flux density in the yoke at the time of rotating a magnet reciprocatingly in the range of +/- 50deg in the conventional rotation angle detection apparatus. 同回転角検出装置のヨーク各角度位置における磁束密度の変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the change of the magnetic flux density in each angular position of the yoke of the same rotation angle detection apparatus. (a)は従来の回転角検出装置の軸方向断面図、(b)は同回転角検出装置の上面図である。(A) is an axial sectional view of a conventional rotation angle detection device, and (b) is a top view of the rotation angle detection device. 同回転角検出装置のヨーク内周面における周方向磁束分布を示すグラフである。It is a graph which shows the circumferential direction magnetic flux distribution in the yoke internal peripheral surface of the rotation angle detection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1:回転角検出装置、2:磁石、3:ヨーク、30a:半リング状部材、30b:半リング状部材、31:ギャップ、32:ギャップ、4:ホールIC(磁気検出器)、5:回転軸、X:N極側角度区間、Y:S極側角度区間、FX:フラット角度区間、FY:フラット角度区間。 1: rotation angle detector, 2: magnet, 3: yoke, 30a: semi-ring member, 30b: semi-ring member, 31: gap, 32: gap, 4: Hall IC (magnetic detector), 5: rotation Axis, X: N pole side angle section, Y: S pole side angle section, F X : flat angle section, F Y : flat angle section.

Claims (2)

回転軸に連結され磁界を形成するリング状の磁石と、
該磁石の外周側の磁界内に配置され、該磁石との間に磁気回路を形成するとともに、該回転軸の回転により該磁石に対する相対角度が変化すると磁束密度が変化するように配置された一対のギャップを持つリング状のヨークと、
一対の該ギャップの一方に配置され、該磁束密度を検出する磁気検出器と、
を備えてなる回転角検出装置であって、
前記ヨークの内周面は、前記回転軸を中心とした円周上にあると共に、前記ギャップを除き一定の断面形状を有し、
前記ヨーク内周面の全周に亘る磁束分布曲線は、磁束量が略一定のフラット角度区間を少なくとも一区間持ち、かつ該磁束分布曲線のN極側部分であるN極側角度区間の区間長と、該磁束分布曲線のS極側部分であるS極側角度区間の区間長とは、相違することを特徴とする回転角検出装置。
A ring-shaped magnet connected to the rotating shaft to form a magnetic field;
A pair arranged in a magnetic field on the outer peripheral side of the magnet, forming a magnetic circuit with the magnet, and arranged so that the magnetic flux density changes when the relative angle to the magnet changes due to the rotation of the rotating shaft. A ring-shaped yoke with a gap of
A magnetic detector disposed in one of the pair of gaps for detecting the magnetic flux density;
A rotation angle detection device comprising:
The inner peripheral surface of the yoke is on a circumference around the rotation axis, and has a constant cross-sectional shape excluding the gap,
The magnetic flux distribution curve over the entire circumference of the yoke inner peripheral surface has at least one flat angle section in which the amount of magnetic flux is substantially constant, and the section length of the N pole side angle section that is the N pole side portion of the magnetic flux distribution curve. And the section length of the S pole side angle section, which is the S pole side portion of the magnetic flux distribution curve, are different from each other.
前記磁石の外周面における一対の着磁境界を結ぶ直線を着磁境界線とすると、該磁石の回転角が0度のとき、該磁石の外周面のうち、該着磁境界線よりも前記磁気検出器側は、該着磁境界線の中点を中心に、短軸半径をa、長軸半径をb、短軸方向変位をy、長軸方向変位をxとして、次式を満たす形状を呈しており、
Figure 0004249053
該磁石の外周面のうち、該着磁境界線よりも該磁気検出器と反対側は、該中点を中心に、該中点と該着磁境界とを結ぶ直線に対する角度をθb、短軸半径をa’、長軸半径をb、曲率半径をRとして、次式を満たす形状を呈している請求項1に記載の回転角検出装置。
Figure 0004249053
Figure 0004249053
Assuming that a straight line connecting a pair of magnetization boundaries on the outer peripheral surface of the magnet is a magnetization boundary line, when the rotation angle of the magnet is 0 degree, the magnetism is greater than the magnetization boundary line on the outer peripheral surface of the magnet. The detector side has a shape satisfying the following equation, with the short axis radius a, the long axis radius b, the short axis direction displacement y, and the long axis direction displacement x with the center point of the magnetization boundary line as the center. Presents
Figure 0004249053
Out of the outer peripheral surface of the magnet, the side opposite to the magnetic detector with respect to the magnetization boundary line has an angle with respect to a straight line connecting the midpoint and the magnetization boundary with the center point as the center and a short axis The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device has a shape satisfying the following expression, where a ′ is a radius, b is a major axis radius, and R is a curvature radius.
Figure 0004249053
Figure 0004249053
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