JPH0140928B2 - - Google Patents
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- JPH0140928B2 JPH0140928B2 JP56132012A JP13201281A JPH0140928B2 JP H0140928 B2 JPH0140928 B2 JP H0140928B2 JP 56132012 A JP56132012 A JP 56132012A JP 13201281 A JP13201281 A JP 13201281A JP H0140928 B2 JPH0140928 B2 JP H0140928B2
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- soft magnetic
- rotation angle
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
- G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
本発明は回転角を電気信号に変換する回転角セ
ンサーに関するものである。
この種の従来のものの1つに、回転角変位する
可動体とこの可動体にスライダーが連結されたポ
テンシヨメータを備えるものがある。これにおい
ては可動体の角変位量に対応したアナログ電圧が
ポテンシヨメータより得られる。この回転角セン
サーにおいては、ポテンシヨメータの薄膜抵抗の
耐摩耗性が高くしかもスライダーポジシヨンに対
する出力電圧レベルが安定していることが望まれ
ており、更には、可動体とスライダーの連結機構
におけるガタが少なく、しかも振動や衝撃に対し
ても、スライダーと薄膜抵抗との接触が十分に安
定していることが望まれている。
しかしながら、ポテンシヨメータにおけるスラ
イダーと薄膜抵抗との接続は圧接であるため、摩
耗、振動等により、回転角に対していずれは不安
定な出力電圧を生ずるようになる。
また、従来のセンサの1つに、磁心と、この磁
心に巻回された巻線およびこの巻線を一部に用い
た発振回路を備えたセンサがある。この種センサ
は、例えば、ロータの回転位置を検出する装置を
開示した実公昭51−3018号公報、特開昭50−
65275号公報、位置、動きの測定装置を開示した
特公昭43−9793号公報、圧力を位置の変位に変換
する装置を開示した実開昭54−56990号公報等に
開示されている。これらのセンサは、磁心に加わ
る外部磁界の変化により発振回路の発振周波数が
変化することを用い、変位を周波数に変換するも
のである。
このような周波数の変化を利用したセンサは、
検出結果が周波数で出力されるため周波数測定器
が必要となる。また、検出結果の出力には測定に
は最低でも、発振の起点(HレベルからLレベル
へ、またはLレベルからHレベルへ移り変わる
点)から1/2周期必要である。したがつて、測定
の開始時には、開始点から発振の起点までの間の
遅れが生ずる。
更に、従来のセンサの1つに、位置の変化を磁
界の変化に換算し、磁界の変化をコイルにより電
圧に変換するセンサがある。この種のセンサは、
外圧を磁歪素子により磁束の変化に変換する装置
を開示した特開昭52−21875号公報、実用新案登
録第353311号明細書、バイメタルの変位を用いて
温度を検出する装置を開示した実開昭48−20481
号公報、圧力に応じて磁石を変位させた装置を開
示した特公昭46−23674号公報等に開示されてい
る。
このような磁界の変化を電圧に変換するセンサ
は、電圧値を出力とするため、電気ノイズに対し
て弱く、誤差が大きくなる。
本発明の第1の目的は、機械的変位を電気信号
に変換する機械−電気変換系に機械的な接触機構
を有しない、非接触変換手段を備える回転角セン
サーを提供することである。
本発明の第2の目的は、耐振物、耐衝撃性が高
い堅牢な回転角センサーを提供することである。
本発明の第3の目的は、回転角検出信号の電気
処理が比較的に簡単な回転角センサーを提供する
ことである。
本発明の第4の目的は、最近目覚しい進歩をと
げたマイクロコンピユータなどのLSIにて、比較
的に簡単な読取ロジツクで回転角データを読み取
り得る回転角センサーを提供することである。
本発明によれば、可動体を回転可能に軸受けし
たケーシングの内部に電気コイルが巻回された軟
磁性体が固定的に配設され、この軟磁性体の近傍
に位置する関係に永久磁石が配置され可動体に固
定される。1つの実施例においては、可動体の回
転角変位により軟磁性体と永久磁石が相対回転を
する如く軟磁性体及び永久磁石が可動体の回転軸
線と交叉する如く配置される。他の1つ又はそれ
以上の実施例においては、可動体の回転角変位に
より軟磁性体と永久磁石が接近及び離間する如く
軟磁性体及び永久磁石が可動体に対し偏心関係に
配置される。軟磁性体の横断面面積は磁気飽和を
生じやすいように小面積とされ、電気コイルの巻
回数は比較的に低い印加電圧すなわち比較的に低
い通電電流レベルで軟磁性体が磁気飽和するに十
分に多い巻回数とされ、永久磁石は、その予定移
動範囲内において軟磁性体に、その移動量に対応
した強度の磁界を与える程度の小形のものとされ
る。
軟磁性体に巻回したコイルに電圧を印加し、電
圧印加始点より、軟磁性体が磁気飽和するまでの
時間をTとすると、概略では、
T=N/E・(φm−φx) …(1)
となる。但し、E:電気コイル印加電圧
N:電気コイルの巻回数
φm:最大磁束(≒飽和磁束)
φx:外部磁界による磁束
である。そこで、永久磁石の移動によりφxが変
化するとTが変化する。すなわち、回転角に応じ
て永久磁石が変位し、これに対応して軟磁性体に
加わる外部磁束φxが変化し、コイルに電圧を印
加してからコイル電流が所定レベルになるまでの
時間Tが変化する。それ故本発明の回転角センサ
ーには、Tを計測しそれを電圧レベル、デジタル
コード等の電気信号で表わす電気回路又は半導体
電子装置を接続する。本発明の好ましい実施例に
おいては、軟磁性体をアモーフアス
(amorphous:非晶質)磁性体とする。アモーフ
アス磁性体は、液相金属を急冷して作らざるを得
ないため薄板であり、しかも磁気的には強磁性で
あつて透磁率及び飽和磁化は大きく、そして保持
力が小さく、また機械的には破断強さがきわめて
高く、弾力性および復元性に優れる。このような
アモーフアス磁性体の特性は、本発明の回転角セ
ンサーにきわめて好都合であり、これを用いると
電気的にはTの計測において信号処理が簡単かつ
高精度となるというメリツトがあり、機械的には
製造が簡単になり、耐振、耐衝撃性が向上する。
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照し
た以下の実施例説明において明確にする。
第1a図及び第1b図に示す一実施例におい
て、回転角センサー1のケーシング2は樹脂等の
非磁性体より成るカツプ状部材3及び蓋部材4を
結合具5により結合して成る。カツプ状部材3と
蓋部材4の接合部には環状シール材6が介在さ
れ、外部より水や塵が該接合部からケーシング2
内へ侵入しないようにしてある。蓋部材4の外面
中心部にはボス部7が設けられており、このボス
部7と同心的な段付貫通孔8が蓋部材4に設けら
れている。この段付貫通孔8には可動体9の入力
軸部材10が嵌合され軸受けされる。可動体9は
入力軸部材10と該軸部材10の内端に小ねじ1
1により固着された永久磁石保持部材12とより
成る。入力軸部材10と永久軸部材10と永久磁
石保持部材12はいずれも非磁性体より成り、蓋
部材4に対する可動体9のケーシング内方向への
移動は軸部10の外周段部13により、またケー
シング外方向への移動は永久磁石保持部材12に
よりそれぞれ規制されている。軸部10の外周に
は環状シール部材14が配設され、軸部10の外
周間隙から外部の水や塵がケーシング内へ侵入し
ないようになつている。可動体9の永久磁石保持
部材12は永久磁石15を固定的に保持する。一
方、カツプ状部材3の内壁には導電性と非磁性を
有する材料より成る一対ターミナル板16,17
が小ねじ18,19によりそれぞれ固定されてい
る。ターミナル板16,17はこの両者間に配置
された非磁性体製ボビン20を固定的に支持して
いる。このボビン20の中心孔内には細長い軟磁
性体21とこの軟磁性体21を孔内で固定しかつ
ターミナル板16,17に対し電気的に絶縁する
絶縁材22が配置されている。ボビン20の外周
には電気コイル23が巻回され、該コイル23の
一端及び他端はターミナル板16及び17にそれ
ぞれ電気的に接続されている。ターミナル板1
6,17に電気的に接続されたリード線24,2
5はカツプ状部材3の孔26に嵌入されたシール
材27内を液密的に通過してケーシング2外へ延
在している。カツプ状部材3の内壁に小ねじ2
8,29により固定されたホルダ30はシール材
27の抜け止めとリード線24,25の姿勢保持
を兼ねる。第1a図及び第1b図に示される如
く、永久磁石15はその両極を結ぶ直線が可動部
材9の回転軸線と直交するように配置され、電気
コイル23を巻回した軟磁性体21はコイル23
の軸線が可動部材9の回転軸線と直交するように
配置されている。図示されていない被検出体から
可動体9の入力軸部材10に回転角変位が伝達さ
れた時には可動体9の回転角変位により永久磁石
15が軟磁性体21に対し回転角変位する。永久
磁石15のこの変位位置は電気処理回路もしくは
論理処理電子装置で検出される。
第2a図は1つの電気処理回路100を示す。
回路100の定電圧電源端子101には一定レベ
ルの直流電圧(たとえば+5V)が印加される。
入力端子102には、たとえば5〜25KHzの電圧
パルスが印加され、該電圧パルスのプラス電圧区
間にNPNトランジスタ103が導通し、アース
レベルの間NPNトランジスタ103は非導通と
なる。PNPトランジスタ104はトランジスタ
103がオンの間オンとなり、オフの間オフとな
る。したがつて電気コイル23には、入力端子1
02に印加される電圧パルスのプラスレベル区間
に定電圧(Vcc)が印加され、アースレベル区間
には電圧は加わらない。コイル23に流れる電流
に比例した電圧が抵抗105に現われ、この電圧
が抵抗106とキヤパシタ107でなる積分回路
で積分され、積分電圧が出力端108に現われ
る。第2b図は第2a図に示す回路の入、出力電
圧波形を示す。入力電圧(IN)がプラスレベル
に立上つてから、抵抗105の電圧があるレベル
以上に立上るまでの時間tdおよび抵抗105の電
圧aの積分電圧Vxは磁石15の位置に対応する。
第3a図は他の1つの電気処理回路120を示
す。入力電圧(IN)がプラスレベルの間NPNト
ランジスタ103がオン、PNPトランジスタ1
04がオンして、コイル23には電圧が印加され
る。入力電圧(IN)がアースレベルの間トラン
ジスタ103がオフ、PNPトランジスタ104
がオフして、コイル23には電圧が印加されな
い。コイル電流は定電流接続とした接合形Nチヤ
ンネルFET1およびFET2に流れ、FET1およ
びFET2で一定レベル電流値に制御される。
FET2を流れる電流のレベルは可変抵抗122
で設定される。FET1およびFET2に接続され
たコイル端子の電圧は、反転増幅器IN1および
IN2で増幅および波形成形される。第3b図は
第3a図に示す回路の入、出力電圧波形を示す。
回路120の出力(OUT)は、入力パルス
(IN)よりもtdだけ遅れて立上る電圧パルスであ
り、この が磁石15の位置に対応する。tdは第
4図に示す計数回路140でデジタルコードで表
わされる。回路140において、入力電圧(IN)
の立上りでフリツプフロツプF1がセツトされて
そのQ出力が高レベル「1」となり、アンドゲー
トA1がゲート開(オン)となつてクロツクパル
ス発振器141の発生パルスがカウンタ142の
カウントパルス入力端CKに印加される。出力パ
ルス(OUT)とF1のQ出力がアンドゲートA
2に印加され、出力パルス(OUT)が立上ると
アンドゲートA2が高レベル「1」に立上り、そ
の立上り点でフリツプフロツプF1がリセツトさ
れそのQ出力が低レベル「0」となる。これによ
りアンドゲートA1がゲート閉(オフ)となり、
カウンタ142へのクロツクパルスは遮断され
る。アンドゲートA2の出力が「1」になつたと
き、ラツチ143にカウンタ142のカウントコ
ードが取り込まれる。フリツプフロツプF1がリ
セツトされ、ラツチ143にカウントコードが取
り込まれた後に、アンドゲートA3がクロツクパ
ルスを出力し、カウンタ142をクリアする。ラ
ツチ143の出力コードはtdの間のクロツクパル
ス発生個数を示し、このコードがtdを示すことに
なる。
第5図に示す電子処理ユニツト160は、1チ
ツプマイクロコンピユータ(大規模集積半導体装
置)161、増幅器162、定電流制御用の接合
形NチヤンネルFET1、抵抗163、キヤパシ
タ164、増幅器165およびクロツクパルス発
振器166で構成する。抵抗163とキヤパシタ
164は、入、出力パルス周波数よりも高い周波
数の電圧振動を吸収するフイルタを構成してい
る。マイクロコンピユータ161はクロツクパル
スを基本に5KHz〜30KHzの範囲内の一定周波数
のパルスを形成しこれを増幅器162に与える。
一方、マイクロコンピユータ161はNチヤンネ
ルFET1とコイル23の一端との接続点の電圧
(増幅器165の出力電圧)を監視し、それ自身
が出力したパルスの立上り点から増幅器165の
出力電圧の立上り点まで(td)の間のクロツクパ
ルスをカウントし、tdを示すコードを出力する
(DATA OUT)。
以上のように、第1a図及び第1b図に示す回
転角センサー1には、各種の電気処理回路及び論
理処理電子装置を接続して、回転角センサー1の
永久磁石15の位置に対応した電気信号を得るこ
とができる。次に第1a図及び第1b図に示す回
転角センサー1および前述の電気処理回路10
0,120,140又は論理処理電子装置160
で回転角に応じた電気信号が得られることを説明
する。まず、界転角センサー1の可動体9で回転
角が永久磁石15のポジシヨンに変換される。そ
こで次に永久磁石15のポジシヨンが電気信号に
変換される点を第6b図及び第6c図に示す実験
データを参照して説明する。発明者は、第6a図
に示す如く、軟磁性体21を固定し、それに対し
て永久磁石15を平行に維持し、軟磁性体21及
び永久磁石15の中央を通りそれらの長軸に直交
する軸をX−X線とし、永久磁石15の長軸
Y′−Y′と軟磁性体21の長軸Y−YとがX−X
線方向で重なりかつ永久磁石15の極性とコイル
23の電流による極性とが同じとなる点を原点と
して永久磁石15のX−X線周りの回転角θに対
するV〓およびtdを測定した。形状および配置位
置を示す寸法a〜f、および軟磁性体の材質等と
測定データの対応関係を次のテーブルのケースNo.
1及び2に示す。
The present invention relates to a rotation angle sensor that converts a rotation angle into an electrical signal. One of the conventional devices of this type includes a movable body that changes a rotational angle and a potentiometer that has a slider connected to the movable body. In this case, an analog voltage corresponding to the amount of angular displacement of the movable body is obtained from a potentiometer. In this rotation angle sensor, it is desired that the thin film resistor of the potentiometer has high wear resistance and that the output voltage level with respect to the slider position is stable. It is desired that the contact between the slider and the thin film resistor be sufficiently stable with little play and even against vibrations and shocks. However, since the slider and thin film resistor in the potentiometer are connected by pressure contact, wear, vibration, etc. will eventually produce an unstable output voltage with respect to the rotation angle. Further, one of the conventional sensors includes a sensor including a magnetic core, a winding wound around the magnetic core, and an oscillation circuit using the winding as a part. This type of sensor is known, for example, from Japanese Utility Model Publication No. 3018/1983, which discloses a device for detecting the rotational position of a rotor,
They are disclosed in Japanese Patent Publication No. 65275, Japanese Patent Publication No. 43-9793 which discloses a position and movement measuring device, and Japanese Utility Model Publication No. 54-56990 which discloses a device that converts pressure into positional displacement. These sensors convert displacement into frequency by using the fact that the oscillation frequency of an oscillation circuit changes due to changes in the external magnetic field applied to the magnetic core. Sensors that utilize such frequency changes are
Since the detection result is output as a frequency, a frequency measuring device is required. In addition, at least 1/2 period from the starting point of oscillation (the point of transition from the H level to the L level or from the L level to the H level) is required for measurement to output the detection result. Therefore, at the start of measurement, there is a delay between the starting point and the starting point of oscillation. Furthermore, one of the conventional sensors is a sensor that converts a change in position into a change in magnetic field, and converts the change in magnetic field into a voltage using a coil. This kind of sensor is
Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-21875 discloses a device that converts external pressure into a change in magnetic flux using a magnetostrictive element, Utility Model Registration No. 353311 discloses a device that detects temperature using displacement of a bimetal. 48−20481
This is disclosed in Japanese Patent Publication No. 46-23674, which discloses a device in which a magnet is displaced in accordance with pressure. A sensor that converts such a change in a magnetic field into a voltage outputs a voltage value, so it is vulnerable to electrical noise and has a large error. A first object of the present invention is to provide a rotation angle sensor equipped with a non-contact conversion means that does not have a mechanical contact mechanism in a mechanical-electrical conversion system that converts mechanical displacement into an electrical signal. A second object of the present invention is to provide a robust rotation angle sensor with high vibration resistance and impact resistance. A third object of the present invention is to provide a rotation angle sensor in which electrical processing of a rotation angle detection signal is relatively simple. A fourth object of the present invention is to provide a rotation angle sensor that can read rotation angle data using relatively simple reading logic in an LSI such as a microcomputer, which has recently made remarkable progress. According to the present invention, a soft magnetic body around which an electric coil is wound is fixedly disposed inside a casing that rotatably supports a movable body, and a permanent magnet is located near the soft magnetic body. placed and fixed to a movable body. In one embodiment, the soft magnetic body and the permanent magnet are arranged so as to intersect the rotational axis of the movable body so that the soft magnetic body and the permanent magnet rotate relative to each other due to rotational angular displacement of the movable body. In one or more other embodiments, the soft magnetic body and the permanent magnet are arranged in an eccentric relationship with respect to the movable body such that rotational angular displacement of the movable body causes the soft magnetic body and the permanent magnet to approach and separate from each other. The cross-sectional area of the soft magnetic material is small enough to easily cause magnetic saturation, and the number of turns of the electric coil is sufficient to cause the soft magnetic material to magnetically saturate at a relatively low applied voltage, i.e., at a relatively low current level. The permanent magnet has a large number of windings, and the permanent magnet is small enough to apply a magnetic field of strength corresponding to the amount of movement to the soft magnetic material within its planned movement range. A voltage is applied to a coil wound around a soft magnetic material, and if T is the time from the starting point of voltage application until the soft magnetic material becomes magnetically saturated, roughly, T=N/E・(φm−φx) …( 1) becomes. However, E: voltage applied to the electric coil N: number of turns of the electric coil φm: maximum magnetic flux (≒ saturation magnetic flux) φx: magnetic flux due to external magnetic field. Therefore, when φx changes due to movement of the permanent magnet, T changes. In other words, the permanent magnet is displaced according to the rotation angle, and the external magnetic flux φx applied to the soft magnetic material changes accordingly, and the time T from when voltage is applied to the coil until the coil current reaches a predetermined level changes. Change. Therefore, the rotation angle sensor of the present invention is connected to an electric circuit or a semiconductor electronic device that measures T and represents it as an electric signal such as a voltage level or a digital code. In a preferred embodiment of the invention, the soft magnetic material is an amorphous magnetic material. Amorphous magnetic materials have to be made by rapidly cooling liquid-phase metals, so they are thin plates.Moreover, they are magnetically ferromagnetic, have high permeability and saturation magnetization, have low coercive force, and are mechanically has extremely high breaking strength and excellent elasticity and restorability. These characteristics of the amorphous magnetic material are extremely advantageous for the rotation angle sensor of the present invention, and its use has the advantage of simplifying and highly accurate signal processing when measuring T electrically, while mechanically This simplifies manufacturing and improves vibration and impact resistance. Other objects and features of the present invention will become clearer in the following description of embodiments with reference to the drawings. In one embodiment shown in FIGS. 1a and 1b, a casing 2 of a rotation angle sensor 1 is made up of a cup-shaped member 3 made of a non-magnetic material such as resin and a lid member 4, which are joined together by a connector 5. An annular sealing material 6 is interposed at the joint between the cup-shaped member 3 and the lid member 4, and water and dust from the outside are passed from the joint to the casing 2.
It's designed to prevent it from getting inside. A boss portion 7 is provided at the center of the outer surface of the lid member 4, and a stepped through hole 8 concentric with the boss portion 7 is provided in the lid member 4. An input shaft member 10 of the movable body 9 is fitted into and bearing the stepped through hole 8 . The movable body 9 includes an input shaft member 10 and a machine screw 1 at the inner end of the shaft member 10.
1, and a permanent magnet holding member 12 fixed thereto. The input shaft member 10, the permanent shaft member 10, and the permanent magnet holding member 12 are all made of non-magnetic material, and the movement of the movable body 9 inward of the casing with respect to the lid member 4 is controlled by the outer circumferential step 13 of the shaft portion 10. The outward movement of the casing is regulated by a permanent magnet holding member 12, respectively. An annular seal member 14 is disposed around the outer periphery of the shaft portion 10 to prevent external water and dust from entering into the casing through the outer peripheral gap of the shaft portion 10. The permanent magnet holding member 12 of the movable body 9 holds the permanent magnet 15 fixedly. On the other hand, a pair of terminal plates 16 and 17 made of conductive and non-magnetic material are provided on the inner wall of the cup-shaped member 3.
are fixed by machine screws 18 and 19, respectively. The terminal plates 16 and 17 fixedly support a non-magnetic bobbin 20 disposed between them. In the center hole of the bobbin 20, there is arranged an elongated soft magnetic body 21 and an insulating material 22 that fixes the soft magnetic body 21 in the hole and electrically insulates it from the terminal plates 16 and 17. An electric coil 23 is wound around the outer periphery of the bobbin 20, and one end and the other end of the coil 23 are electrically connected to terminal plates 16 and 17, respectively. Terminal plate 1
Lead wires 24, 2 electrically connected to 6, 17
5 extends out of the casing 2 through a sealing material 27 fitted into the hole 26 of the cup-shaped member 3 in a liquid-tight manner. A small screw 2 is attached to the inner wall of the cup-shaped member 3.
The holder 30 fixed by 8 and 29 serves both to prevent the sealing material 27 from coming off and to maintain the posture of the lead wires 24 and 25. As shown in FIGS. 1a and 1b, the permanent magnet 15 is arranged so that the straight line connecting its two poles is orthogonal to the rotation axis of the movable member 9, and the soft magnetic body 21 around which the electric coil 23 is wound is connected to the coil 23.
The movable member 9 is arranged such that its axis is orthogonal to the rotational axis of the movable member 9. When a rotational angular displacement is transmitted from an object to be detected (not shown) to the input shaft member 10 of the movable body 9, the rotational angular displacement of the movable body 9 causes the permanent magnet 15 to undergo a rotational angular displacement with respect to the soft magnetic body 21. This displacement position of the permanent magnet 15 is detected by an electrical processing circuit or logic processing electronics. FIG. 2a shows one electrical processing circuit 100. FIG.
A constant level DC voltage (for example, +5V) is applied to a constant voltage power supply terminal 101 of the circuit 100.
A voltage pulse of, for example, 5 to 25 KHz is applied to the input terminal 102, and the NPN transistor 103 is conductive during the positive voltage section of the voltage pulse, and is non-conductive during the ground level. The PNP transistor 104 is on while the transistor 103 is on, and is off while the transistor 103 is off. Therefore, the electric coil 23 has an input terminal 1
A constant voltage (Vcc) is applied to the positive level section of the voltage pulse applied to 02, and no voltage is applied to the ground level section. A voltage proportional to the current flowing through the coil 23 appears at the resistor 105, this voltage is integrated by an integrating circuit consisting of a resistor 106 and a capacitor 107, and an integrated voltage appears at the output terminal 108. Figure 2b shows the input and output voltage waveforms of the circuit shown in Figure 2a. The time td from when the input voltage (IN) rises to a positive level until the voltage across the resistor 105 rises above a certain level and the integrated voltage Vx of the voltage a across the resistor 105 correspond to the position of the magnet 15. FIG. 3a shows another electrical processing circuit 120. FIG. While the input voltage (IN) is at a positive level, NPN transistor 103 is on, PNP transistor 1
04 is turned on, and a voltage is applied to the coil 23. Transistor 103 is off while the input voltage (IN) is at ground level, PNP transistor 104
is turned off, and no voltage is applied to the coil 23. The coil current flows through junction type N-channel FET1 and FET2 which are connected with constant current, and is controlled to a constant level current value by FET1 and FET2.
The level of current flowing through FET2 is determined by variable resistor 122
is set. The voltage at the coil terminals connected to FET1 and FET2 is connected to the inverting amplifier IN1 and
Amplified and waveform shaped at IN2. Figure 3b shows the input and output voltage waveforms of the circuit shown in Figure 3a.
The output (OUT) of the circuit 120 is a voltage pulse that rises with a delay of td from the input pulse (IN), and this corresponds to the position of the magnet 15. td is represented by a digital code in a counting circuit 140 shown in FIG. In circuit 140, the input voltage (IN)
At the rising edge of , the flip-flop F1 is set and its Q output becomes high level "1", and the AND gate A1 is opened (on) and the pulse generated by the clock pulse oscillator 141 is applied to the count pulse input terminal CK of the counter 142. Ru. Output pulse (OUT) and Q output of F1 are AND gate A
When the output pulse (OUT) rises, the AND gate A2 rises to a high level "1", and at the rising point, the flip-flop F1 is reset and its Q output becomes a low level "0". As a result, AND gate A1 becomes gate closed (off),
The clock pulse to counter 142 is cut off. When the output of AND gate A2 becomes "1", the count code of counter 142 is loaded into latch 143. After flip-flop F1 is reset and the count code is loaded into latch 143, AND gate A3 outputs a clock pulse to clear counter 142. The output code of latch 143 indicates the number of clock pulses generated during td, and this code indicates td. The electronic processing unit 160 shown in FIG. 5 includes a one-chip microcomputer (large-scale integrated semiconductor device) 161, an amplifier 162, a junction type N-channel FET 1 for constant current control, a resistor 163, a capacitor 164, an amplifier 165, and a clock pulse oscillator 166. Consists of. The resistor 163 and the capacitor 164 constitute a filter that absorbs voltage vibrations at frequencies higher than the input and output pulse frequencies. The microcomputer 161 forms a pulse with a constant frequency within the range of 5 KHz to 30 KHz based on the clock pulse and supplies it to the amplifier 162.
On the other hand, the microcomputer 161 monitors the voltage at the connection point between the N-channel FET 1 and one end of the coil 23 (output voltage of the amplifier 165), and monitors the voltage from the rising point of the pulse outputted by itself to the rising point of the output voltage of the amplifier 165. (td) and outputs a code indicating td (DATA OUT). As described above, various electric processing circuits and logic processing electronic devices are connected to the rotation angle sensor 1 shown in FIGS. 1a and 1b, so that the rotation angle sensor 1 shown in FIGS. I can get a signal. Next, the rotation angle sensor 1 shown in FIGS. 1a and 1b and the above-mentioned electric processing circuit 10
0,120,140 or logic processing electronics 160
It will be explained that an electrical signal can be obtained according to the rotation angle. First, the rotation angle is converted into the position of the permanent magnet 15 by the movable body 9 of the field rotation angle sensor 1 . Next, the point in which the position of the permanent magnet 15 is converted into an electric signal will be explained with reference to experimental data shown in FIGS. 6b and 6c. As shown in FIG. 6a, the inventor fixes the soft magnetic body 21, maintains the permanent magnet 15 parallel to it, and passes through the center of the soft magnetic body 21 and the permanent magnet 15, perpendicular to their long axes. The long axis of the permanent magnet 15 is taken as the axis X-X.
Y'-Y' and the long axis Y-Y of the soft magnetic body 21 are X-X
V〓 and td with respect to the rotation angle θ of the permanent magnet 15 around the X-X line were measured using the point where the polarity of the permanent magnet 15 overlaps in the line direction and the polarity of the coil 23 is the same as the polarity due to the current of the coil 23 as the origin. The correspondence between the dimensions a to f indicating the shape and placement position, the material of the soft magnetic material, and the measurement data is shown in the case number in the table below.
1 and 2.
【表】
電圧印加モードのN−Nは第6a図において軟
磁性体21の上端がN極となるようにコイル23
を電気回路100又は120に接続したことを示
し、S−Nは軟磁性体の上端がS極となるように
コイル22を電気回路100又は120に接続し
たことを示すもので、本実施例ではθが0〜90と
270〜360のところでN−Nとなり、θが90〜270
のところでS−Nとなる。
ケースNo.1の場合には第6b図に示すデータよ
り、θが100〜170の範囲と190〜260の範囲におい
て永久磁石回転角θに対する比例精度が高い電圧
V〓が得られる。またケースNo.2のデータより、
θが30〜70の範囲と100〜140の範囲でθに対する
比例精度の高い遅れ時間tdが得られる。第1a
図、第1b図に示すセンサー1においては、θに
対する電圧V〓もしくは遅れ時間tdの比例精度が
高い範囲に磁石15の動作範囲を定める。
第7a図〜第7c図に示す本発明の回転角セン
サー1では、ケーシング2は樹脂製のカツプ状部
材3と蓋部材4とを超音波溶着して成る。非磁性
体より成る可動体9は蓋部材4により軸受けされ
る入力軸部10とケーシング2内に位置する永久
磁石収容筒部12とを一体に有する。蓋部材4に
対する可動体9の軸方向移動を規制するため止め
輪13が入力軸部10上に取付けられている。永
久磁石収容筒部12は可動体9の回軸中心に対し
偏心位置関係にあり、該筒部12の開口は永久磁
石15を挿置した後充填材31で閉じられる。永
久磁石15はその両極を結ぶ直線が可動体9の回
転軸線と平行になるように配置されている。一
方、ケーシング2のカツプ状部材3にはケーシン
グ2内に突出する一対の軟磁性体収容筒部32,
33が設けられている。これらの筒部32,33
は可動体9の筒部12の偏心量と同じ距離だけ可
動体9の回転中心から離間され、かつ互に可動体
9の回転方向に離間されている。筒部32及び3
3内にはコイル23及び34を巻回した軟磁性体
21及び35とこれを固定する充填材36及び3
7がそれぞれ配置されている。軟磁性体21はコ
イル23の軸線が可動体9の回転軸線と平行にな
るように配置されている。この回転角センサー1
では、可動体9の回転角変位により永久磁石15
が一対の軟磁性体21間を回転移動し、一方の軟
磁性体21に対して接近すると同時に他方の軟磁
性体21に対して遠ざかる。一対の軟磁性体21
に対する永久磁石15の移動は第8a図、第8b
図の電気処理回路180,200や第8c図の論
理処理電子装置220により検出される。
第8a図に示す電気処理回路180は、第7a
図〜第7c図に示す回転角センサー1における永
久磁石15の位置に対応したアナログ電圧Vを生
ずる。回路180において、入力電圧パルス
(IN)のプラスレベルの間NPNトランジスタ1
03がオン、アースレベルの間103がオフとな
る。トランジスタ103のコレクタ電圧は、2個
の反転増幅器IN3およびIN4を通じて増幅およ
び波形整形されてNPNトランジスタ121のベ
ースに印加される。それ故入力電圧パルス(IN)
のプラスレベルの間トランジスタ103がオン、
121がオフでPNPトランジスタ104がオフ、
アースレベルの間トランジスタ103がオフ、1
21がオンでトランジスタ104がオフとなる。
つまりコイル23には、第3a図の回路120の
動作と同様な動作でパルス状に電圧が印加され、
抵抗105に、永久磁石15の軟磁性体21から
の距離X1=f(〓)に対応した、入力電圧パルス
(IN)に対応した、入力電圧パルス(IN)の立
下りからtd1遅れて立上る電圧パルスが現われる。
もう一方の電気コイル34にはPNPトランジス
タ181を介して定電圧が印加される。このトラ
ンジスタ181は、入力電圧パルス(IN)がプ
ラスレベルの間、トランジスタ103がオンで反
転増幅器IN5の出力がプラスレベルでNPNトラ
ンジスタ182がオンであるため、オンであり、
トランジスタ181は入力電圧パルス(IN)が
アースレベルの間オフである。これにより、第2
の電気コイル34には、第1の電気コイル23に
電圧が印加されていない間に一定電圧が印加さ
れ、コイル23に電気が印加されている間には電
圧は印加されない。つまり入力電圧パルス(IN)
に応じて、第1および第2のコイル23,34に
は交互に一定電圧が印加される。第2の電気コイ
ル34には抵抗183が接続されており、この抵
抗に、永久磁石15の軟磁性体35よりの距離
X2=f(〓)に対応した、入力電圧パルス(IN)の立
上りからtd2遅れて立上る電圧パルスが現われる。
抵抗105の電圧Vx1はキヤパシタ184の一方
の電極に、また抵抗183の電圧Vx2はキヤパシ
タ184の他方の電極に印加される。永久磁石1
5と第1および第2の軟磁性体21および34と
の距離がそれぞれx1およびx2であり、x1+x2=K
(定数)であるので、また、Vx1∝x1およびVx2
∝x2であるので、キヤパシタ184の両端間の電
位差はx1−x2に対応する。キヤパシタ184と抵
抗185で積分回路が構成されているので、キヤ
パシタ184の電圧はx1−x2に対応する。ここで
x2=K−x1であるから、x1−x2=2x1+Kで、キ
ヤパシタ184の電圧は2x1に対応する。つまり、
第1の軟磁性体21を基点にとつた永久磁石15
の移動量x1の2倍に対応するアナログ電圧が得ら
れる。キヤパシタ184の両端電圧は、差動増幅
設定とした演算増幅器186に印加される。増幅
器186のアナログ出力V〓は、したがつて2x1に
対応する。第8b図に示す電気処理回路200
は、2つの回路120のそれぞれで入力パルスの
立上りよりtd1およびtd2遅れたパルスが得られ、
これらは2個の計数回路140のそれぞれに印加
され、td1およびtd2を示すコードS21およびS
34に変換され、引算器201に印加される。引
算器201はS21とS34を用いてtd1−td2の
減算して、td1−td2つまり2x1を表わすデジタル
コードSx=S18−S29を出力する。第8c
図に示す論理処理電子装置220では、1チツプ
マイクロコンピユータ221が、まず、電気コイ
ル23に接続された回路120に1パルスを与え
て、その立上りから時間カウントを開始してtd1
カウントデータS21を作成して保持し、次に電
気コイル34に接続された回路120に1パルス
を与えてその立上りから時間カウントを開始して
td2カウントデータS34を作成して、td1−td2を
演算してそれを示すコードSx=S21−S34
を出力し、測定指令信号が与えられている間、こ
れを継続する。
本発明者は、第9a図に示す如く、単一の円弧
上に軟磁性体21及び35を互に平行にして固定
すると共に該円弧上でかつ軟磁性体21,35間
に永久磁石15を軟磁性体と平行に配置し、永久
磁石15が軟磁性体21,35の中間にあると
き、それは回転中心O周りの回転角がゼロにある
として、永久磁石15の回転角θに対するV及び
tdを測定した。形状及び寸法a〜e,r,θ0及び
軟磁性体の材質等と測定データとの関係を次のテ
ーブルに示す。[Table] In the voltage application mode, the coil 23 is set so that the upper end of the soft magnetic body 21 becomes the north pole in Fig. 6a.
indicates that the coil 22 is connected to the electric circuit 100 or 120, and S-N indicates that the coil 22 is connected to the electric circuit 100 or 120 so that the upper end of the soft magnetic body becomes the S pole. θ is 0 to 90
It becomes N-N at 270 to 360, and θ is 90 to 270.
At this point, it becomes S-N. In case No. 1, from the data shown in Figure 6b, the voltage has high proportional accuracy to the permanent magnet rotation angle θ in the range θ of 100 to 170 and the range of 190 to 260.
V〓 is obtained. Also, from the data of case No. 2,
When θ is in the range of 30 to 70 and in the range of 100 to 140, a delay time td with high proportional accuracy to θ can be obtained. 1st a
In the sensor 1 shown in FIG. 1B, the operating range of the magnet 15 is determined within a range in which the proportional accuracy of the voltage V or the delay time td with respect to θ is high. In the rotation angle sensor 1 of the present invention shown in FIGS. 7a to 7c, the casing 2 is formed by ultrasonically welding a cup-shaped member 3 and a lid member 4 made of resin. The movable body 9 made of a non-magnetic material integrally includes an input shaft portion 10 supported by the lid member 4 and a permanent magnet housing cylinder portion 12 located inside the casing 2. A retaining ring 13 is mounted on the input shaft portion 10 to restrict axial movement of the movable body 9 with respect to the lid member 4. The permanent magnet housing cylindrical portion 12 is in an eccentric position relative to the rotation center of the movable body 9, and the opening of the cylindrical portion 12 is closed with a filler 31 after the permanent magnet 15 is inserted. The permanent magnet 15 is arranged so that a straight line connecting its two poles is parallel to the rotational axis of the movable body 9. On the other hand, the cup-shaped member 3 of the casing 2 has a pair of soft magnetic material housing cylinder parts 32 that protrude into the casing 2,
33 are provided. These cylindrical parts 32, 33
are spaced apart from the rotation center of the movable body 9 by the same distance as the eccentricity of the cylindrical portion 12 of the movable body 9, and are spaced apart from each other in the rotational direction of the movable body 9. Cylindrical parts 32 and 3
Inside 3 are soft magnetic bodies 21 and 35 around which coils 23 and 34 are wound, and fillers 36 and 3 for fixing them.
7 are arranged respectively. The soft magnetic body 21 is arranged so that the axis of the coil 23 is parallel to the rotational axis of the movable body 9. This rotation angle sensor 1
Now, due to the rotational angular displacement of the movable body 9, the permanent magnet 15
It rotates between the pair of soft magnetic bodies 21, approaches one soft magnetic body 21, and moves away from the other soft magnetic body 21 at the same time. A pair of soft magnetic bodies 21
The movement of the permanent magnet 15 is shown in FIGS. 8a and 8b.
Detected by the electrical processing circuitry 180, 200 of the figure and the logic processing electronics 220 of FIG. 8c. The electrical processing circuit 180 shown in FIG.
An analog voltage V is generated corresponding to the position of the permanent magnet 15 in the rotation angle sensor 1 shown in FIGS. In the circuit 180, during the positive level of the input voltage pulse (IN), the NPN transistor 1
03 is on, and 103 is off while it is at ground level. The collector voltage of transistor 103 is amplified and waveform-shaped through two inverting amplifiers IN3 and IN4, and then applied to the base of NPN transistor 121. Hence the input voltage pulse (IN)
The transistor 103 is on while the positive level of
121 is off, PNP transistor 104 is off,
Transistor 103 is off during ground level, 1
21 is on and the transistor 104 is off.
In other words, a pulsed voltage is applied to the coil 23 in an operation similar to that of the circuit 120 in FIG. 3a.
The resistor 105 has a delay of td 1 from the falling edge of the input voltage pulse (IN) corresponding to the distance X 1 = f ( 〓 ) of the permanent magnet 15 from the soft magnetic material 21 . A rising voltage pulse appears.
A constant voltage is applied to the other electric coil 34 via a PNP transistor 181. This transistor 181 is on while the input voltage pulse (IN) is at a positive level because the transistor 103 is on and the output of the inverting amplifier IN5 is at a positive level and the NPN transistor 182 is on.
Transistor 181 is off while the input voltage pulse (IN) is at ground level. This allows the second
A constant voltage is applied to the electric coil 34 while no voltage is applied to the first electric coil 23, and no voltage is applied while electricity is applied to the coil 23. That is, the input voltage pulse (IN)
A constant voltage is alternately applied to the first and second coils 23 and 34 in accordance with the above. A resistor 183 is connected to the second electric coil 34, and a distance from the soft magnetic body 35 of the permanent magnet 15 is connected to this resistor.
A voltage pulse appears that corresponds to X 2 = f ( 〓 ) and rises with a delay of td 2 from the rise of the input voltage pulse (IN).
Voltage Vx 1 of resistor 105 is applied to one electrode of capacitor 184, and voltage Vx 2 of resistor 183 is applied to the other electrode of capacitor 184. Permanent magnet 1
5 and the first and second soft magnetic bodies 21 and 34 are x 1 and x 2 , respectively, and x 1 + x 2 = K
(constant), so also Vx 1 ∝x 1 and Vx 2
Since ∝x 2 , the potential difference across the capacitor 184 corresponds to x 1 −x 2 . Since the capacitor 184 and the resistor 185 constitute an integrating circuit, the voltage of the capacitor 184 corresponds to x 1 -x 2 . here
Since x 2 =K-x 1 , x 1 -x 2 =2x 1 +K, and the voltage on capacitor 184 corresponds to 2x 1 . In other words,
Permanent magnet 15 based on the first soft magnetic body 21
An analog voltage corresponding to twice the amount of movement x 1 is obtained. The voltage across capacitor 184 is applied to operational amplifier 186 in a differential amplification setting. The analog output V of amplifier 186 thus corresponds to 2x1 . Electrical processing circuit 200 shown in FIG. 8b
In each of the two circuits 120, pulses delayed by td 1 and td 2 from the rising edge of the input pulse are obtained,
These are applied to each of the two counting circuits 140 and generate codes S21 and S indicating td 1 and td 2 .
34 and applied to the subtracter 201. The subtracter 201 subtracts td 1 -td 2 using S21 and S34, and outputs a digital code Sx=S18-S29 representing td 1 -td 2 , that is, 2x1 . 8th c
In the logic processing electronic device 220 shown in the figure, a one-chip microcomputer 221 first applies one pulse to the circuit 120 connected to the electric coil 23, starts counting time from the rising edge of the pulse, and calculates td 1.
Count data S21 is created and held, then one pulse is given to the circuit 120 connected to the electric coil 34, and time counting is started from the rising edge of the pulse.
Create td 2 count data S34, calculate td 1 - td 2 , and show the code Sx = S21 - S34
This continues while the measurement command signal is being given. As shown in FIG. 9a, the inventor fixed the soft magnetic bodies 21 and 35 parallel to each other on a single circular arc, and fixed the permanent magnet 15 on the circular arc between the soft magnetic bodies 21 and 35. When the permanent magnet 15 is placed in parallel with the soft magnetic body and is located between the soft magnetic bodies 21 and 35, it is assumed that the rotation angle around the rotation center O is zero, and V and V with respect to the rotation angle θ of the permanent magnet 15 are
td was measured. The relationship between the shape and dimensions a to e, r, θ 0 and the material of the soft magnetic body and the measurement data is shown in the following table.
【表】
ケースNo.3及びNo.4より、θが−15〜+15の範
囲においてθに対する比例精度の高い電圧V及び
遅れ時間tdが得られる。θ−V〓特性及びθ−td
特性は永久磁石15が軟磁性体21,35に及ぼ
す磁界の強さに影響されるもので、これらの特性
はθ0,rや磁石15の発生磁界の強さ等の変更に
よつて適宜変更し得る。
第10a及び第10b図に示す本発明のセンサ
ー1は第7a図〜第7c図に示されるセンサー1
から一方の軟磁性体を取り去つたもので、第2a
図の回路100、第3a図の回路120、第4図
の装置140と組み合わせて用いる。
以上説明した実施例においては、軟磁性体21
および35は、透磁率が高く、弾性が高く、変形
しにくいアモーフアス磁性体を数枚重ねたもので
あるが、本発明においては、ミユーメタル(Ni
−Fe−Mo合金)やスーパーパーマロイ(Ni−
Fe合金)等の他の軟磁性体を用いることができ
る。
以上数例の実施例及び実験データを参照した説
明から理解されるように、本発明の回転角センサ
ーは摺動接点を有せず、可動体の回転角変位を電
気コイルの入力パルスと電気コイルの通電電流パ
ルスの時間差tdに変換し、tdをアナログ電圧もし
くは時間カウントコードで得る電気的処理で回転
角変位検出信号が得られるので、耐振動性が高
く、しかも機械的な摩耗等の劣化が少ない。可動
体とトランスデユーサとの間に連結機構が無いの
で、ガタなどを生ぜず、安定して回転角検出をお
こなう。特筆すべきは、センサーに接続される電
気処理回路の構成が簡単であり、特に、1チツプ
マイクロコンピユータなどの大規模半導体装置
で、回転角検出用パルスを作成し、そのパルスと
電気コイルの通電電流検出パルスの時間差をデジ
タルコードで簡単に得ることができるということ
である。[Table] From Cases No. 3 and No. 4, voltage V and delay time td with high proportional accuracy to θ can be obtained in the range of θ from −15 to +15. θ−V〓characteristics and θ−td
The characteristics are affected by the strength of the magnetic field that the permanent magnet 15 exerts on the soft magnetic bodies 21 and 35, and these characteristics can be changed as appropriate by changing θ 0 , r, the strength of the magnetic field generated by the magnet 15, etc. It is possible. The sensor 1 of the invention shown in FIGS. 10a and 10b is the sensor 1 shown in FIGS. 7a to 7c.
One soft magnetic material is removed from the second a.
It is used in combination with the circuit 100 shown in the figure, the circuit 120 shown in FIG. 3a, and the device 140 shown in FIG. In the embodiment described above, the soft magnetic body 21
and 35 are made by stacking several sheets of amorphous magnetic material that has high magnetic permeability, high elasticity, and is difficult to deform, but in the present invention, Miu Metal (Ni
−Fe−Mo alloy) and super permalloy (Ni−
Other soft magnetic materials such as Fe alloy) can be used. As can be understood from the explanations with reference to several embodiments and experimental data, the rotation angle sensor of the present invention does not have a sliding contact, and detects the rotation angle displacement of the movable body by input pulses of the electric coil and input pulses of the electric coil. Since the rotation angle displacement detection signal is obtained by electrical processing of converting the time difference TD between the current pulses and obtaining TD using an analog voltage or time count code, it has high vibration resistance and is resistant to deterioration such as mechanical wear. few. Since there is no coupling mechanism between the movable body and the transducer, the rotation angle can be detected stably without any backlash. What is noteworthy is that the configuration of the electrical processing circuit connected to the sensor is simple.In particular, a large-scale semiconductor device such as a one-chip microcomputer is used to create a rotation angle detection pulse and use that pulse to energize the electric coil. This means that the time difference between the current detection pulses can be easily obtained using a digital code.
第1a図は本発明に係る回転角センサーの一実
施例の縦断面図、第1b図は第1a図中のA−A
線に沿う断面図、第2a図は第1a図及び第1b
図に示された回転角センサー1に接続され、検出
用に対応したレベルのアナログ電圧を生ずる回路
図、第2b図は第2a図に示す電気処理回路10
0の入、出力信号を示す波形図、第3a図は第1
a図及び第1b図に示す回転角センサー1に接続
され、検出角に対応した時間差のパルスを生ずる
電気処理回路120を示す回路図、第3b図は第
3a図に示す電気処理回路120の入、出力信号
を示す波形図、第4図は第3a図に示す電気処理
回路120の入、出力パルス時間差tdをデジタル
コードに変換する計数回路140をすブロツク
図、第5図は第1a図及び第1b図に示す回転角
センサーに接続され、1チツプマイクロコンピユ
ータで回転角センサー1の電気コイルに印加する
パルス電圧に対する電気コイルに流れる電流の立
上りの遅れ時間を計数する電子処理ユニツト16
0を示すブロツク図、第6a図は軟磁性体21に
対する永久磁石15の回転位置に対応したパルス
時間差tdを実験で求めたときの、軟磁性体21と
永久磁石15の相対位置関係を示す斜視図、第6
b図は第6a図に示す配置関係で永久磁石15を
X−X線周りに回転させ、電気コイル23には第
2a図に示す電気処理回路を接続して、永久磁石
15の回転角θに対する時間差td表示電圧V〓を
測定したデータを示すグラフ、第6c図は第6a
図に示す配置関係で永久磁石15をX−X線周り
に回転させ、電気コイル23には第3a図に示す
電気処理回路120を接続して、その入、出力パ
ルス波形をシンクロスコープで観測し両者の時間
差tdを測定して得られたデータを示すグラフ、第
7a図は本発明に係る回転角センサーの他実施例
の縦断面図、第7b図は第7a図中のB−B線に
沿う断面図、第7c図は第7b図中のC−C線に
沿う断面図、第8a図は第7a図〜第7c図に示
す回転角センサー1に接続されれ、検出角に対応
したレベルのアナログ電圧を生ずる電気処理回路
180を示す回路図、第8b図は第7a図〜第7
c図に示す回転角センサー1に接続され、検出角
に対応したデジタルコードを生ずる電気処理回路
200の構成を示すブロツク図、第8c図は第7
a図〜第7c図に示す回転角センサー1に接続さ
れ、検出角に対応したデジタルコードを生ずる論
理処理電子装置220の構成を示すブロツク図、
第9a図は軟磁性体21,34に対する永久磁石
15の回転位置に対応した各電気コイル23,3
5の遅れ時間の差を実験で求めたときの、軟磁性
体21,34と永久磁石15の相対位置関係を示
す斜視図、第9b図は第9a図に示す配置関係で
永久磁石15を中心Oの周りに回転させ、コイル
23,35には第8a図に示す電気処理回路18
0を接続して、永久磁石15の回転角θに対する
時間差td表示電圧V〓を測定したデータを示すグ
ラフ、第9c図は第9a図に示す配置関係で永久
磁石15を中心Oの周りに回転させ、コイル2
3,25には第8b図に示す電気処理回路200
を接続して、その入、出力パルス波形をシンクロ
スコープで観測し両者の時間差tdを測定して得ら
れたデータを示すグラフ、第10a図は本発明に
係る回転角センサーの更なる実施例の縦断面図、
第10b図は第10a図中のD−D線に沿う断面
図である。
2……ケーシング、9……可動体、15……永
久磁石、21……軟磁性体、23……電気コイ
ル。
FIG. 1a is a vertical cross-sectional view of one embodiment of the rotation angle sensor according to the present invention, and FIG. 1b is a line A-A in FIG. 1a.
A cross-sectional view along the line, Figure 2a is the same as Figures 1a and 1b.
2b is a circuit diagram connected to the rotation angle sensor 1 shown in the figure and generates an analog voltage of a corresponding level for detection, and FIG. 2b is an electric processing circuit 10 shown in FIG. 2a.
Waveform diagram showing input and output signals of 0, Figure 3a is the first
FIG. 3B is a circuit diagram showing the electrical processing circuit 120 connected to the rotation angle sensor 1 shown in FIG. , a waveform diagram showing the output signals, FIG. 4 is a block diagram of the counting circuit 140 that converts the input and output pulse time difference td of the electrical processing circuit 120 shown in FIG. 3a into a digital code, and FIG. An electronic processing unit 16 is connected to the rotation angle sensor shown in FIG. 1b and counts the delay time of the rise of the current flowing through the electric coil with respect to the pulse voltage applied to the electric coil of the rotation angle sensor 1 using a one-chip microcomputer.
Figure 6a is a perspective view showing the relative positional relationship between the soft magnetic body 21 and the permanent magnet 15 when the pulse time difference td corresponding to the rotational position of the permanent magnet 15 with respect to the soft magnetic body 21 was determined by experiment. Figure, 6th
In Figure b, the permanent magnet 15 is rotated around the X-X line in the arrangement shown in Figure 6a, and the electric processing circuit shown in Figure 2a is connected to the electric coil 23, so that the rotation angle θ of the permanent magnet 15 is adjusted. A graph showing the measured data of the time difference td display voltage V〓, Figure 6c is Figure 6a
The permanent magnet 15 is rotated around the X-X line in the arrangement shown in the figure, the electrical processing circuit 120 shown in Fig. 3a is connected to the electric coil 23, and its input and output pulse waveforms are observed with a synchroscope. A graph showing data obtained by measuring the time difference td between the two, Fig. 7a is a vertical cross-sectional view of another embodiment of the rotation angle sensor according to the present invention, and Fig. 7b is a graph taken along line BB in Fig. 7a. 7c is a sectional view taken along line C-C in FIG. 7b, and FIG. 8a is a sectional view taken along line C-C in FIG. 7b. FIG. 8b is a circuit diagram showing an electrical processing circuit 180 that generates an analog voltage of FIG.
FIG. 8c is a block diagram showing the configuration of an electric processing circuit 200 connected to the rotation angle sensor 1 shown in FIG.
A block diagram showing the configuration of a logic processing electronic device 220 connected to the rotation angle sensor 1 shown in FIGS. a to 7c and generating a digital code corresponding to the detected angle;
FIG. 9a shows each electric coil 23, 3 corresponding to the rotational position of the permanent magnet 15 with respect to the soft magnetic bodies 21, 34.
FIG. 9b is a perspective view showing the relative positional relationship between the soft magnetic bodies 21 and 34 and the permanent magnet 15 when the difference in delay time of No. 5 was experimentally determined. The coils 23 and 35 are connected to the electrical processing circuit 18 shown in FIG. 8a.
Figure 9c is a graph showing data obtained by measuring the time difference td display voltage V〓 with respect to the rotation angle θ of the permanent magnet 15 when the permanent magnet 15 is rotated around the center O with the arrangement shown in Figure 9a. coil 2
3 and 25, an electrical processing circuit 200 shown in FIG. 8b.
Figure 10a is a graph showing data obtained by connecting the input and output pulse waveforms with a synchroscope and measuring the time difference td between the two, which shows a further embodiment of the rotation angle sensor according to the present invention. longitudinal section,
FIG. 10b is a sectional view taken along line DD in FIG. 10a. 2... Casing, 9... Movable body, 15... Permanent magnet, 21... Soft magnetic material, 23... Electric coil.
Claims (1)
部より回転角変位を入力される可動体、 ケーシング内にて可動体に固定された永久磁
石、永久磁石の移動範囲の近傍に永久磁石の磁力
線に沿つて配置された軟磁性体コア手段、 該軟磁性体コア手段に巻回された電気コイル手
段、 電圧発生手段、 指示に応じて電圧発生手段の発生電圧を電気コ
イル手段に印加する電圧切換手段、および 電気コイル手段に流れる電流を検出する電流検
出手段、 を備え、指示から電流検出手段の測定電流の飽和
までの時間を出力値とする回転角センサー。[Claims] 1. A casing, a movable body rotatably supported by the casing and to which a rotational angular displacement is input from the outside, a permanent magnet fixed to the movable body within the casing, and a vicinity of the moving range of the permanent magnet. soft magnetic core means disposed along the magnetic field lines of the permanent magnet; electric coil means wound around the soft magnetic core means; voltage generating means; A rotation angle sensor comprising: a voltage switching means for applying to the electric coil; and a current detecting means for detecting a current flowing through the electric coil means, and the output value is the time from an instruction to saturation of the current measured by the current detecting means.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US18270380A | 1980-08-29 | 1980-08-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57118111A JPS57118111A (en) | 1982-07-22 |
| JPH0140928B2 true JPH0140928B2 (en) | 1989-09-01 |
Family
ID=22669645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13201281A Granted JPS57118111A (en) | 1980-08-29 | 1981-08-21 | Ratating angle sensor |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57118111A (en) |
| DE (1) | DE3133053C2 (en) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4854957A (en) * | 1971-11-08 | 1973-08-02 | ||
| US3855525A (en) * | 1973-10-05 | 1974-12-17 | Illinois Tool Works | Angular velocity sensor |
| JPS51137442A (en) | 1975-05-23 | 1976-11-27 | Canon Inc | Rotational position detector |
| JPS5377656A (en) | 1976-12-21 | 1978-07-10 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Angle converter |
| US4088977A (en) * | 1977-02-02 | 1978-05-09 | Illinois Tool Works Inc. | Contactless linear position sensor |
| DE2855635A1 (en) * | 1978-12-22 | 1980-07-10 | Bosch Gmbh Robert | Rotation angle sensor including Hall generator - has revolving disc with projecting ring zones which define segments |
| GB2061514B (en) * | 1979-06-18 | 1983-06-08 | Sperry Ltd | Inductive pick-off devices |
-
1981
- 1981-08-21 DE DE19813133053 patent/DE3133053C2/en not_active Expired
- 1981-08-21 JP JP13201281A patent/JPS57118111A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57118111A (en) | 1982-07-22 |
| DE3133053C2 (en) | 1984-06-28 |
| DE3133053A1 (en) | 1982-04-08 |
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