JP6430043B2 - Rotation angle detection device and electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、シャフトの回転角を磁気によって検出する回転角検出装置および電動機に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device and an electric motor that detect the rotation angle of a shaft by magnetism.
一般的に、電動機であるサーボモータにおいて、シャフトの回転角を検出する回転角検出装置は、光学式と磁気式に分けられる。磁気式の回転角検出装置では、シャフトを中心に回転するシャフトの一端面に取り付けた検出用の磁石からの磁界を、磁気検出素子で検出することによってシャフトの回転角の検出が行われることが一般的である。 Generally, in a servo motor that is an electric motor, a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a shaft is divided into an optical type and a magnetic type. In a magnetic rotation angle detection device, the rotation angle of a shaft may be detected by detecting a magnetic field from a detection magnet attached to one end surface of a shaft that rotates about the shaft by a magnetic detection element. It is common.
サーボモータは、工作機械に組み込まれて使用される場合がある。工作機械の内部には、大電流を流すケーブルおよび大容量の電動機が設けられている。ケーブルおよび電動機から発生した磁界は、磁気検出素子の検知範囲に到達する。ケーブルおよび電動機からの磁界は、検出用の磁石からの磁束ではないため、ノイズ成分となって回転角検出の誤差要因となる。なお、以下の説明において、検出器用の磁石の磁界と異なる磁界、すなわちノイズ成分となる磁界を、単に外部磁界とも呼ぶ。 The servo motor may be used by being incorporated in a machine tool. Inside the machine tool, a cable for passing a large current and a large-capacity electric motor are provided. The magnetic field generated from the cable and the electric motor reaches the detection range of the magnetic detection element. Since the magnetic field from the cable and the motor is not the magnetic flux from the detection magnet, it becomes a noise component and becomes an error factor in detecting the rotation angle. In the following description, a magnetic field different from the magnetic field of the detector magnet, that is, a magnetic field that becomes a noise component is also simply referred to as an external magnetic field.
外部磁界への対策として、回転角検出装置の周囲を磁性体材料のカバーで覆うことで、ノイズ成分となる磁界が磁気検出素子に到達することを抑制する構成が特許文献1に開示されている。
As a countermeasure against the external magnetic field,
上記特許文献1に開示された構成では、磁性体でできたドーム状のカバーで回転角検出装置全体を覆っている。回転角検出装置を覆うカバーは、回転角検出装置内部への水および塵の侵入を防止する必要がある。このため、カバーのシール構造部には高い寸法精度が要求される。しかしながら、磁性体で構成するという素材を限定する条件の中で、必要な仕様を満足させるために、カバーの価格が上昇し、製造コストが上昇するという問題があった。
In the configuration disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造コストを抑えつつ、外部磁界の影響を抑制することで回転角の検出精度の向上を図ることができる回転角検出装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to obtain a rotation angle detection device capable of improving the rotation angle detection accuracy by suppressing the influence of an external magnetic field while suppressing the manufacturing cost. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる回転角検出装置は、シャフトと、シャフトの回転軸に沿った方向の一端側に設けられた磁石と、磁石よりもシャフト側に設けられて磁性体からなる磁性部と、磁石と対向する位置に配置され、磁石の回転による磁界の変化を検出する磁気検出素子と、磁石および磁気検出素子を挟んで磁性部と対向する位置に設けられた磁性体からなる板部と、を備える。シャフトの回転軸に沿って見た場合に、磁性部の板部と対向する面の外径と、板部の磁性部と対向する面の外径とがいずれも、磁石の外径および磁気検出素子の外径よりも大きい。また、回転軸に沿った方向における磁性部と板部との距離よりも、回転軸に沿った方向における磁性部と磁気検出素子との距離のほうが小さい。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a rotation angle detection device according to the present invention includes a shaft, a magnet provided on one end side in a direction along the rotation axis of the shaft, and a shaft side from the magnet. A magnetic part made of a magnetic material, a magnetic detection element that is arranged at a position facing the magnet and detects a change in the magnetic field due to the rotation of the magnet, and a position facing the magnetic part across the magnet and the magnetic detection element And a plate portion made of a magnetic material. When viewed along the axis of rotation of the shaft, the outer diameter of the surface of the magnetic portion facing the plate portion and the outer diameter of the surface of the plate portion facing the magnetic portion are both the outer diameter of the magnet and the magnetic detection. It is larger than the outer diameter of the element. The distance between the magnetic part and the magnetic detection element in the direction along the rotation axis is smaller than the distance between the magnetic part and the plate part in the direction along the rotation axis.
本発明にかかる回転角検出装置は、製造コストを抑えつつ、外部磁界の影響を抑制することで回転角の検出精度の向上を図ることができるという効果を奏する。 The rotation angle detection device according to the present invention has an effect that the detection accuracy of the rotation angle can be improved by suppressing the influence of an external magnetic field while suppressing the manufacturing cost.
以下に、本発明の実施の形態にかかる回転角検出装置および電動機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付さない場合がある。 Hereinafter, a rotation angle detection device and an electric motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each layer or each member may be different from the actual for easy understanding, and the same applies to the drawings. Further, even a cross-sectional view may not be hatched for easy viewing of the drawing.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる回転角検出装置を模式的に示す断面図である。本実施の形態1にかかる回転角検出装置100は、磁性体のシャフト10と、シャフト10の周囲を囲んでシャフト10を支持するブラケット20と、を備える。シャフト10は、回転軸Oを中心に回転可能とされている。シャフト10の一端部(磁性部)には、回転軸Oと交わる位置に載置面10Tが形成されている。載置面10Tは、シャフト10に形成されているため、シャフト10の回転と同期して回転する。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a rotation angle detection device according to
回転角検出装置100は、載置面10Tのうち回転軸Oと交わる位置に載置された検出用磁石30と、検出用磁石30に対向して配された磁気検出素子40と、をさらに備える。磁気検出素子40は、配線基板である基板50に搭載されている。基板50は、磁気検出素子40が搭載された面を載置面10T側に向けて配置されている。
The rotation
回転角検出装置100は、磁性体の板部60をさらに備える。板部60は、検出用磁石30および磁気検出素子40を挟んで載置面10Tと対向する位置に設けられる。なお、シャフト10、板部60、磁気検出素子40、検出用磁石30の中心が回転軸O上にあることがより好ましい。板部60は、磁気検出素子40よりも検出用磁石30側に突出する部分を有していない。実施の形態1では、下面部60Bが平坦面となっている。磁性部であるシャフト10の一端部からの距離で板部60の形状について説明すると、回転軸Oに沿った方向におけるシャフト10の一端部(磁性部)と板部60との距離Xよりも、回転軸Oに沿った方向におけるシャフト10の一端部(磁性部)と磁気検出素子40との距離Yのほうが小さい。実施の形態1の場合、第1の磁気遮蔽有効面10Sは、板部60と対向する載置面10Tであり、第2の磁気遮蔽有効面60Sは、板部60のうち載置面10Tと対向する板部側対向面である下面部60Bにあたる。第1の磁気遮蔽有効面10S、および第2の磁気遮蔽有効面60Sの外径が、検出用磁石30の外径および磁気検出素子40の外径よりも大きくなっている。これにより、検出用磁石30と磁気検出素子40とを結ぶ磁束領域RHが、第1の磁気遮蔽有効面10Sと第2の磁気遮蔽有効面60Sとに挟み込まれる。なお、検出用磁石30は接着剤によってシャフト10の載置面10Tに固定されている。The rotation
回転角検出装置100では、シャフト10の回転に伴って、載置面10Tに載置された検出用磁石30も回転する。検出用磁石30の回転による磁界HMの変化が、磁気検出素子40に検出され、基板50上の図示しない検出回路によってシャフト10の回転角が検出される。In the rotation
なお、板部60に対して下面部60Bの反対面側からの外部磁界HOTは、磁性体である板部60に沿って伝搬し、回転軸Oから離れる方向に誘導される。したがって、外部磁界HOTが、板部60の下面部60B側に配置された磁気検出素子40に伝搬しにくくなる。The external magnetic field HOT from the opposite side of the
また、磁束領域RHに対して回転軸Oと垂直な方向から侵入しようとする外部磁界HOSは、磁性体であるシャフト10と磁性体である板部60へと誘導される。したがって、外部磁界HOSが、板部60とシャフト10の間であって回転軸O上に配置された検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHに伝搬しにくくなる。The external magnetic field H OS to be intruding from the rotational axis O and perpendicular to the magnetic flux region R H is guided to the
シャフト10は、第1の磁気遮蔽有効面10Sの外径を十分に大きくすることで、外部磁界HOSを効率よくシャフト10へ誘導することができる。例えば、第1の磁気遮蔽有効面10Sの外径を、基板50と同じ外径またはそれよりも大きい外径とする。これにより、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOSの伝搬を、より効果的に防止することができる。The
板部60は、第2の磁気遮蔽有効面60Sの外径を十分に大きくすることで、外部磁界HOSを効率よく板部60へ誘導することができる。例えば、第2の磁気遮蔽有効面60Sの外径を、搭載面50Tと同じ外径またはそれよりも大きい外径とする。これにより、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOSの伝搬を、より効果的に防止することができる。The
また、板部60は、十分に厚くすることで、外部磁界HOTを効率よく板部60へ誘導することができる。例えば、板部60の厚さを、基板50よりも厚くする。これにより、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOTの伝搬を、より効果的に防止することができる。Moreover, the
また、第1の磁気遮蔽有効面10Sと第2の磁気遮蔽有効面60Sとの距離は短いほど望ましい。少なくとも、第1の磁気遮蔽有効面10Sと第2の磁気遮蔽有効面60Sとの距離は、第2の磁気遮蔽有効面60Sの外径の最小値および第1の磁気遮蔽有効面10Sの外径の最小値よりも小さいことが好ましい。例えば、第1の磁気遮蔽有効面10Sと第2の磁気遮蔽有効面60Sとの距離を、板部60の厚さよりも短くする。第1の磁気遮蔽有効面10Sと第2の磁気遮蔽有効面60Sとの距離を短くすることで、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOSの伝搬を、より効果的に防止することができる。Further, the shorter the distance between the first magnetic shielding
このように、磁性体であるシャフト10の載置面10Tと、磁性体である板部60の下面部60Bとで、回転軸O上に配された検出用磁石30と磁気検出素子40とを、挟み込むという簡単な構造で、外部磁界HOT,HOSが磁気検出素子40に伝搬することを防止することができる。したがって、回転角検出装置100では、検出用磁石30および磁気検出素子40を磁性体のカバーで覆う場合に比べて、製造コストを抑えつつ、回転角の検出精度の向上を図ることができる。As described above, the
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2にかかる回転角検出装置100を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態1と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the rotation
本実施の形態2にかかる回転角検出装置100では、シャフト10の一端側に磁性体であるボス部(磁性部)70が取り付けられている。また、検出用磁石30が載置される載置面70Tがボス部70に形成されている。ボス部70に形成された載置面70Tは、第1の磁気遮蔽有効面70Sに相当する。第1の磁気遮蔽有効面70Sは、外部磁界HOSをボス部70へ誘導するために、十分に大きな外径で形成される。例えば、第1の磁気遮蔽有効面70Sの外径を、基板50の外径と同じ外径またはそれよりも大きい外径とする。なお、ここでいう同じ外径には、略同じ外径であることも含まれる。In the rotation
回転軸Oに沿って見た場合に、載置面70Tの外径よりもシャフト10の外径のほうが小さくなっている。
When viewed along the rotation axis O, the outer diameter of the
上記構成によっても、外部磁界HOT,HOSの、磁気検出素子40への伝搬を防止することができる。すなわち、磁性体のボス部70の第1の磁気遮蔽有効面70Sの外径を十分に大きくすることで、外部磁界HOSを効率よくボス部70へ導くことができる。これにより、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOSの伝搬を、効果的に防止することができる。実施の形態2にかかる回転角検出装置100によれば、実施の形態1の回転角検出装置100による効果に加え、シャフト10の直径を小さくすることができ、シャフト10の慣性を小さくすることができる。Also with the above configuration, propagation of the external magnetic fields H OT and H OS to the
なお、ボス部70と検出用磁石30との締結方法は特に限定されず、接着、一体成形またはネジ固定に代表される締結方式を採用可能である。また、ボス部70とシャフト10との締結方法は特に限定されず、圧入、セットネジ方式、または接着方式に代表される締結方式を採用可能である。
In addition, the fastening method of the boss |
実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3にかかる回転角検出装置100を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態1,2と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態3にかかる回転角検出装置100では、ボス部(磁性部)70の載置面70Tに、板部60に向けて突出するとともに、検出用磁石30の周囲を囲む壁部70Wが形成されている。壁部70Wは、ボス部70と同様に磁性体で構成される。壁部70Wは、検出用磁石30の周囲に回転方向全周にわたって形成されている。Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a rotation
ボス部70が壁部70Wを持つことで、第1の磁気遮蔽有効面70Sは、ボス部70の先端面70Uに相当し、第1の磁気遮蔽有効面70Sと、第2の磁気遮蔽有効面60Sとの距離を短くすることができる。これにより、外部磁界HOSの、磁気検出素子40への伝搬を防止する効果を高めることができる。また、ボス部70に壁部70Wが形成されることで、シャフト10を通して伝搬するモータからの漏れ磁界HIを、ボス部70の壁部70Wへ誘導することができる。これにより、モータからの漏れ磁界HIが、磁気検出素子40へ伝搬しにくくなる。Since the
このように、実施の形態3にかかる回転角検出装置100によれば、実施の形態2の回転角検出装置100による効果に加えて、ボス部70の壁部70Wの効果により、外部磁界HOSの磁気検出素子40への伝搬防止の効果の向上を図ることができるとともに、モータからの漏れ磁界HIを磁気検出素子40に伝搬しにくくすることができる。As described above, according to the rotation
実施の形態4.
図4は、本発明の実施の形態4にかかる回転角検出装置100を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態1,2,3と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。Embodiment 4 FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a rotation
実施の形態4にかかる回転角検出装置100では、シャフト10の一端部(磁性部)に拡大部11が形成されている。回転軸Oに沿って見た場合に、シャフト10は、他端側となる部分の外径よりも拡大部11の外径のほうが大きくなっている。また、検出用磁石30を載置する載置面10Tは、拡大部11に形成されている。
In the rotation
また、載置面10Tには、板部60に向けて突出するとともに、検出用磁石30の周囲を囲む壁部10Wが形成されている。壁部10Wは、シャフト10と同様に磁性体で構成される。壁部10Wは、検出用磁石30の周囲に回転方向全周にわたって形成されている。壁部10Wが形成されることで、壁部10Wの先端面10Uが第1の磁気遮蔽有効面10Sとなる。
In addition, a
実施の形態4にかかる回転角検出装置100では、実施の形態3にかかる回転角検出装置100と同様に、外部磁界HOSの磁気検出素子40への伝搬防止の効果の向上を図ることができるとともに、モータからの漏れ磁界HIを磁気検出素子40に伝搬しにくくすることができる。In the rotation
また、実施の形態4にかかる回転角検出装置100では、シャフト10の一端部にボス部を固定する場合に比べて、別途用意したボスを組み付ける必要がないため、製造コストの抑制を図ることができる。なお、実施の形態1のように、太さの変わらないシャフト10に壁部を形成してもよい。
Further, in the rotation
実施の形態5.
図5は、本発明の実施の形態5にかかる回転角検出装置100を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態1,2,3,4と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。Embodiment 5. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a rotation
実施の形態5にかかる回転角検出装置100では、ブラケット20を磁性体で構成している。また、ブラケット20には、板部60に向けて突出して、検出用磁石30の周囲を囲む壁部20Wが形成されている。
In the rotation
実施の形態5にかかる回転角検出装置100では、壁部20Wの先端面20Tが、第1の磁気遮蔽有効面20Sに相当する。第1の磁気遮蔽有効面20Sの外径を十分に大きくすることで、外部磁界HOSを効率よくブラケット20へ誘導することができる。これにより、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOSの伝搬を、効果的に防止することができる。In the rotation
実施の形態5にかかる回転角検出装置100によれば、実施の形態2にかかる回転角検出装置100による効果に加え、部品点数を少なくすることができるという効果を奏する。
According to the rotation
なお、実施の形態2または実施の形態3のように、シャフト10の一端部にボス部を取り付けて、そのボス部に載置面を形成してもよい。
Note that, as in the second embodiment or the third embodiment, a boss portion may be attached to one end portion of the
実施の形態6.
図6は、本発明の実施の形態6にかかる回転角検出装置100を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態1,2,3,4,5と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。Embodiment 6 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a rotation
実施の形態6にかかる回転角検出装置100は、実施の形態3にかかる回転角検出装置100の構成に加えて、壁部70Wの先端面70Uに、非磁性体の回転板であるコード円板90を備える。コード円板90は、壁部70Wの先端面70Uに固定されて、シャフト10と同期して回転する。この構成により、コード円板90は、載置面70Tよりも磁気検出素子40側に設けられる。
In addition to the configuration of the rotation
また、基板50に、光学式検出器に用いる受光素子80を備え、コード円板90から発する信号を受光素子80で読み取る。このように、実施の形態6にかかる回転角検出装置100は、磁気式検出器に加え、光学式検出器も兼ねた構成である。
A
上記構成では、コード円板90が非磁性体であるため、検出用磁石30からの磁界HMが磁気検出素子40に伝搬されるため、磁気の変化による回転角の検出を行うことができる。また、実施の形態3にかかる回転角検出装置100と同様に、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOTとHOSと、モータの漏れ磁界HIの伝搬を、効果的に防止することができる。なお、実施の形態4,5にかかる回転検出装置100に対しても、本実施の形態6と同様にコード円板90を設けてもよい。In the above arrangement, since the
実施の形態7.
図7は、本発明の実施の形態7にかかる回転角検出装置100を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態1,2,3,4,5,6と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。Embodiment 7 FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a rotation
実施の形態7にかかる回転角検出装置100では、実施の形態6の回転角検出装置100と同様にコード円板91を備える。しかし、実施の形態7にかかる回転角検出装置100では、コード円板91のうち検出用磁石30と対向する領域に開口91aが形成されている。また、開口91aの大きさは、磁束領域RHに干渉しない大きさとなっている。The rotation
そのため、コード円板91の材質が磁性体材料の場合であっても、検出用磁石30からの磁界HMが磁気検出素子40に伝搬されるため、磁気の変化による回転角の検出を行うことができる。また、コード円板91の材質が磁性体材料であれば、コード円板91のうち板部60と対向する面が第1の磁気遮蔽有効面91Sとなる。また、実施の形態3にかかる回転角検出装置100と同様に、検出用磁石30と磁気検出素子40と磁束領域RHへの外部磁界HOTとHOSと、モータの漏れ磁界HIの伝搬を、効果的に防止することができる。また、コード円板91とボス部70とシャフト10を磁性体で一体に形成することも可能となる。なお、実施の形態4,5にかかる回転検出装置100に対しても、本実施の形態7と同様にコード円板91を設けてもよい。Therefore, even when the material of the
実施の形態8.
図8は、本発明の実施の形態8にかかる回転角検出装置100を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態1,2,3,4,5,6,7と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。Embodiment 8 FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a rotation
本実施の形態8では、実施の形態1と同様にシャフト10の一端部に検出用磁石31が載置される載置面10Tが形成されているが、シャフト10が非磁性体からなる非磁性部である。すなわち、本実施の形態8では、検出用磁石31が非磁性部に載置されている。なお、上記実施の形態で説明したようにボス部を設ける場合には、ボス部を非磁性部にしてもよい。
In the eighth embodiment, the
磁気検出素子41は、磁石の回転軸Oに対して直交する面内方向の磁界変化にのみ感応し、検出信号を出力する。すなわち、図8の紙面における左右方向および奥行き方向には感度を有するが、紙面における上下方向には感度を有さない。検出用磁石31は、回転軸Oを中心に回転することで磁気検出素子41が感度を有する方向に磁界が変化するよう着磁されている。このように磁界が変化する着磁の例には、S極およびN極を各1極ずつ着磁した片面2極着磁、径方向着磁、または両面4極着磁が挙げられる。
The
磁気検出素子41は、基板50に面実装ではんだ付けされて取り付けられる。基板50は、例えば柱状の固定部材81を介してブラケット20に固定される。ブラケット20はシャフト10を回転可能に支持しているが、ブラケット20自体は回転しない。そのため、検出用磁石31が回転しても基板50および磁気検出素子41は回転しない。なお、上記実施の形態1,2,3,4,5,6,7でも図示を省略した固定部材を介してブラケット20に基板50が固定されている。
The
板部60は、柱状の固定部材82を介して基板50に固定される。そのため、検出用磁石31が回転しても板部60は回転しない。なお、基板50と同様に、板部60をブラケット20に固定しても構わない。また、上記実施の形態1,2,3,4,5,6,7でも図示を省略した固定部材を介して基板50に板部60が固定されている。
The
ブラケット20は、シャフト10を回転可能に支持するブラケット本体61と、ブラケット本体61に固定されて板部60と対向するブラケット側板部62と、を有する。ブラケット側板部62は、磁性体からなり、ブラケット本体61に対して固定されている。ブラケット側板部62をブラケット本体61に固定する手法には、ねじ止めおよび接着が例示される。本実施の形態8では、磁性体からなるブラケット側板部62が磁性部となる。
The
磁気検出素子41、検出用磁石31、板部60、ブラケット側板部62は、いずれも中心が回転軸O上にあることが好ましい。なお、ブラケット20にブラケット側板部62を設けない場合には、ブラケット本体61を磁性体で構成して、ブラケット本体61を磁性部にしてもよい。すなわち、ブラケット20全体を磁性部にしてもよい。
The centers of the
本実施の形態8では、検出用磁石31の回転軸Oに対して直交する面内方向の磁界変化にのみ感応する磁気検出素子41を用いることで、遮蔽すべき外部磁界の方向が磁気検出素子41の感応方向に限定される。このことにより、回転軸Oと平行な方向の外部磁界を遮蔽する必要性がさらに低くなるため、磁気検出素子41と検出用磁石31をカバーで覆わずに、板部60と磁性部であるブラケット側板部62との間に隙間を設けた場合であっても、より確実に外部磁界による磁気検出素子41への影響を抑えることができる。
In the eighth embodiment, by using the
具体的には、図8の左方向からの外部磁界HOSは、上下に配置された磁性体の板部60およびブラケット側板部62に吸収され、板部60およびブラケット側板部62の中を通って右方向に受け流される。したがって、磁気検出素子41の出力信号に対する外部磁界HOSの影響は非常に軽微となる。Specifically, external magnetic field H OS from the left in FIG. 8 is absorbed by the
また、図8の上方向からの外部磁界HOTの一部は板部60に吸収されるが、板部60の厚さが薄い場合は吸収しきれずに貫通して磁気検出素子41に到達する。しかしながら、磁気検出素子41は図8の上下方向からの磁界には感応しないため、出力信号に対して外部磁界HOTは影響を及ぼさない。すなわち、検出用磁石31の回転軸Oに対して直交する面内方向の磁界変化にのみ感応する磁気検出素子41を用いることで、板部60の薄型化を図ることができる。また、シャフト10を通って図8の下方向から磁気検出素子41に向かう外部磁界HIも磁気検出素子41の出力信号に影響を及ぼさない。したがって、検出用磁石31よりもシャフト10側で磁気検出素子41と対向する領域に磁性部を設ける必要がない。Further, a part of the external magnetic field HOT from the upper direction in FIG. 8 is absorbed by the
図9は、実施の形態8にかかる回転角検出装置100で磁気遮蔽の効果を3次元磁界シミュレーションした結果と、磁気検出素子41と検出用磁石31の周囲を磁性体のカバーで覆った比較用の回転角検出装置で磁気遮蔽の効果を3次元磁界シミュレーションした結果とを示す図である。比較用の回転角検出装置が備える磁性体のカバーは、図示を省略するが、図8に示す板部60の外周部がブラケット20側に突出して、その突出部分がブラケット20に接する形状となっている。図9では、回転角検出装置100で磁気遮蔽の効果を3次元磁界シミュレーションした結果を実線で示し、比較用の回転角検出装置で磁気遮蔽の効果を3次元磁界シミュレーションした結果を破線で示している。
FIG. 9 shows a result of a three-dimensional magnetic field simulation of the effect of magnetic shielding by the rotation
なお、実施の形態8にかかる回転角検出装置100および比較用の回転角検出装置の条件を合わせるために、磁性体で構成された板部60の外径およびカバーの外径はφ40mm、ブラケット20から板部60までの高さまたはブラケットからカバーまでの高さは6mm、板部60の厚さ、ブラケット側板部62の厚さ、およびカバーの厚さは0.5mm、磁性体となる材料は鉄にて解析を行った。
In addition, in order to match the conditions of the rotation
また、図9では、縦軸は外部磁界HOSの図8における左右方向の磁界の大きさを示し、遮蔽および吸収されていない外部磁界HOSの磁界の大きさを10としている。また、図9では、横軸は図8における左右方向の位置を示しており、横軸に示す20mmの位置が板部60の中心またはカバーの中心となる。すなわち、比較用の回転角検出装置では、横軸に示す0mm〜40mmの範囲のすべてがカバーの内部となっている。Further, in FIG. 9, the vertical axis represents the magnitude of the magnetic field in the horizontal direction in FIG. 8 of the external magnetic field H OS, and magnitude of the magnetic field of the external magnetic field H OS unmasked and absorb and 10. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the position in the left-right direction in FIG. 8, and the position of 20 mm indicated on the horizontal axis is the center of the
図9に示す結果によれば、比較用の回転角検出装置では、カバーの内部のすべての領域で外部磁界の大きさが1/100程度になっている。一方、本実施の形態8にかかる回転角検出装置100では、板部60の中心付近での外部磁界の遮蔽効果が大きく、外側に行くほど外部磁界の影響が大きくなっている。しかしながら、板部60の中心付近では、カバーを設けた場合と同程度の磁界の遮蔽効果を得ることができている。したがって、板部60の中心付近に磁気検出素子41を載置することで、カバーを設けた場合と同様に、外部磁界HOSの磁気検出素子41への影響を抑えることができる。このように、板部60とブラケット20との間に隙間が設けられている構成であっても、外部磁界HOSの磁気検出素子41への影響を抑えることができる。また、磁束領域RHが、第1の磁気遮蔽有効面10Sと第2の磁気遮蔽有効面60Sとに挟み込まれていない構成であっても、外部磁界HOSの磁気検出素子41への影響を抑えることができる。According to the results shown in FIG. 9, in the comparative rotation angle detection device, the magnitude of the external magnetic field is about 1/100 in all the areas inside the cover. On the other hand, in the rotation
また、カバーと板部60とでは体積比が3:2となり、カバーのほうが原材料費が1.5倍高くなる。また、加工性の観点からも平板である板部60に対して、カバーは側面の壁を作るために曲げ加工または切削加工といった加工が必要であり、製造コストが増大する。
Further, the volume ratio between the cover and the
なお、本実施の形態8で説明した検出用磁石31および磁気検出素子41を、上記実施の形態1,2,3,4,5,6,7に用いてもよい。
The detection magnet 31 and the
図10は、実施の形態1にかかる回転角検出装置100を備える電動機110の概略構成を示す断面図である。電動機110は、回転角検出装置100のシャフト10に連結された回転子111と、回転子111の周囲を囲む固定子112とを備える。なお、上記実施の形態2,3,4,5,6,7,8にかかる回転角検出装置100に対して、回転子111および固定子112を設けて電動機を構成してももちろん構わない。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
10 シャフト、10T 載置面、10W 壁部、10U 先端面、10S 第1の磁気遮蔽有効面、11 拡大部、20 ブラケット、20S 第1の磁気遮蔽有効面、20T 先端面、20W 壁部、30,31 検出用磁石、40,41 磁気検出素子、50 基板、50T 搭載面、60 板部、60B 下面部、60S 第2の磁気遮蔽有効面、61 ブラケット本体、62 ブラケット側板部、70 ボス部、70T 載置面、70U 先端面、70W 壁部、70S 第1の磁気遮蔽有効面、81,82 固定部材、90,91 コード円板、91S 第1の磁気遮蔽有効面、91a 開口、100 回転角検出装置、110 電動機、111 回転子、112 固定子。 10 shaft, 10T placement surface, 10W wall portion, 10U tip surface, 10S first magnetic shielding effective surface, 11 enlarged portion, 20 bracket, 20S first magnetic shielding effective surface, 20T tip surface, 20W wall portion, 30 , 31 detection magnet, 40, 41 magnetic detection element, 50 substrate, 50T mounting surface, 60 plate portion, 60B lower surface portion, 60S second magnetic shielding effective surface, 61 bracket body, 62 bracket side plate portion, 70 boss portion, 70T placement surface, 70U tip surface, 70W wall, 70S first magnetic shielding effective surface, 81, 82 fixing member, 90, 91 code disk, 91S first magnetic shielding effective surface, 91a opening, 100 rotation angle Detection device, 110 electric motor, 111 rotor, 112 stator.
Claims (14)
前記シャフトの回転軸に沿った方向の一端側に設けられた磁石と、
前記磁石よりも前記シャフト側に設けられて磁性体からなる磁性部と、
前記磁石と対向する位置に配置され、前記磁石の回転による磁界の変化を検出する磁気検出素子と、
前記磁石および前記磁気検出素子を挟んで前記磁性部と対向する位置に設けられた磁性体からなる板部と、を備え、
前記回転軸に沿って見た場合に、前記磁性部の前記板部と対向する面の外径と、前記板部の前記磁性部と対向する面の外径とがいずれも、前記磁石の外径および前記磁気検出素子の外径よりも大きく、
前記回転軸に沿った方向における前記磁性部と前記板部との距離よりも、前記回転軸に沿った方向における前記磁性部と前記磁気検出素子との距離のほうが小さく、
前記板部には、前記回転軸に沿った方向において前記磁気検出素子よりも前記磁石側に突出する凸部が形成されていないことを特徴とする回転角検出装置。 A shaft,
A magnet provided on one end side in a direction along the rotation axis of the shaft;
A magnetic part provided on the shaft side of the magnet and made of a magnetic material;
A magnetic detection element that is disposed at a position facing the magnet and detects a change in a magnetic field due to rotation of the magnet;
A plate portion made of a magnetic body provided at a position facing the magnetic portion across the magnet and the magnetic detection element,
When viewed along the rotation axis, the outer diameter of the surface of the magnetic portion facing the plate portion and the outer diameter of the surface of the plate portion facing the magnetic portion are both outside the magnet. Larger than the diameter and the outer diameter of the magnetic sensing element,
The distance between the magnetic part and the magnetic detection element in the direction along the rotation axis is smaller than the distance between the magnetic part and the plate part in the direction along the rotation axis.
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the plate portion is not formed with a convex portion that protrudes toward the magnet with respect to the magnetic detection element in a direction along the rotation axis.
前記ブラケットは、前記板部に向けて突出し、前記磁石の周囲を囲む壁部を有することを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 A bracket made of a magnetic material that surrounds the periphery of the shaft when viewed along the rotation axis and rotatably supports the shaft;
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the bracket has a wall portion that protrudes toward the plate portion and surrounds the periphery of the magnet.
前記ブラケットが前記磁性部であることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 A bracket made of a magnetic material that surrounds the periphery of the shaft when viewed along the rotation axis and rotatably supports the shaft;
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the bracket is the magnetic part.
前記シャフトが前記磁性部であり、
前記磁石は、前記シャフトに載置されていることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 The shaft is made of a magnetic material,
The shaft is the magnetic part;
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the magnet is placed on the shaft.
前記磁石は前記非磁性部に載置されることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 A non-magnetic portion provided on the shaft side of the magnet and made of a non-magnetic material;
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the magnet is placed on the nonmagnetic portion.
前記磁気検出素子が搭載された基板と、
前記基板に搭載されて、前記回転板の回転角度を検出する受光素子と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 A rotating plate that rotates with the shaft;
A substrate on which the magnetic detection element is mounted;
The rotation angle detection device according to claim 1, further comprising: a light receiving element that is mounted on the substrate and detects a rotation angle of the rotation plate.
前記シャフトに連結された回転子と、
前記回転子の周囲を囲む固定子と、を備えることを特徴とする電動機。 The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 13,
A rotor coupled to the shaft;
And a stator surrounding the rotor.
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