JPH0229166B2 - KAKUDOHENKANKI - Google Patents
KAKUDOHENKANKIInfo
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- JPH0229166B2 JPH0229166B2 JP23091582A JP23091582A JPH0229166B2 JP H0229166 B2 JPH0229166 B2 JP H0229166B2 JP 23091582 A JP23091582 A JP 23091582A JP 23091582 A JP23091582 A JP 23091582A JP H0229166 B2 JPH0229166 B2 JP H0229166B2
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- circuit
- hall element
- phase difference
- input
- output
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は角度変換器に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an angle converter.
更に詳述すれば、角度変位をホールエレメント
を利用して電気信号として出力する角度変換器に
関するものである。 More specifically, the present invention relates to an angle converter that outputs angular displacement as an electrical signal using a Hall element.
第1図は従来より一般に使用されているホール
エレメントを利用した角度変換器の原理説明図で
ある。 FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of an angle converter using a Hall element that has been commonly used in the past.
図において1はS極、N極を有する永久磁石よ
りなる磁気回路である。2は磁気回路1の磁界内
に配置されたホールエレメントで、紙面に垂直な
軸0を中心に、入力角θに応じて回転する。 In the figure, reference numeral 1 denotes a magnetic circuit consisting of a permanent magnet having an S pole and an N pole. Reference numeral 2 denotes a Hall element placed within the magnetic field of the magnetic circuit 1, which rotates around an axis 0 perpendicular to the plane of the paper in accordance with the input angle θ.
以上の構成において、入力角θに応じて、ホー
ルエレメント2がθ角度回転すると、ホールエレ
メント2に生ずる電圧Vθは
V〓=KBI sinθ (1)
ここで
K:ホール素子の積感度(入力電流1mA、磁気
密度1kGあたりの出力電圧mV)
B:磁束密度、
I:ホール駆動電流
θ:入力角度
となる。 In the above configuration, when the Hall element 2 rotates by θ angle according to the input angle θ, the voltage Vθ generated in the Hall element 2 is V = KBI sinθ (1) where K: Product sensitivity of the Hall element (input current 1 mA , output voltage mV per 1kG of magnetic density) B: magnetic flux density, I: Hall drive current θ: input angle.
この結果、出力電圧V〓は、入力角度θの正弦
に比例する。 As a result, the output voltage V〓 is proportional to the sine of the input angle θ.
しかしながら一般には、入力角度θに比例した
出力が必要とされるので、出力をリニアライズす
るか、微小角度を測定可能範囲としなければなら
ない。 However, since an output proportional to the input angle θ is generally required, the output must be linearized or a small angle must be made measurable.
この場合、必然的に、直線性特性等に悪影響が
生じ、良好な特性が得られない問題点を有する。 In this case, there is inevitably a problem that the linearity characteristics etc. are adversely affected and good characteristics cannot be obtained.
本発明は、この問題点を解決するものである。 The present invention solves this problem.
本発明の目的は、回転変位が加えられる入力軸
を中心にして互いに直交して配置された二個のホ
ールエレメントと、ホールエレメントに共通の磁
束密度が加えられ入力回転角に対応して軸を中心
に磁束の方向がホールエレメントに対して相対的
に回転するように構成された磁気回路と、ホール
エレメントに互いに90度の位相差を有する電圧を
それぞれのエレメントに加える電源回路と、二個
のホールエレメントの出力電圧を加算する加算回
路と、加算回路の出力と電源回路の出力の一方と
の位相差を検出する位相差検出手段とを具備して
なる角度変換器を構成して、入力角度に直接比例
した出力電圧が得られるようにしたので、直線性
特性が良好であり、入力角度が0〜360度と広い
測定可能範囲が得られる角度変換器を提供するに
ある。 An object of the present invention is to provide two Hall elements arranged perpendicularly to each other around an input shaft to which a rotational displacement is applied, and a common magnetic flux density is applied to the Hall elements to move the shaft in accordance with the input rotation angle. A magnetic circuit configured so that the direction of magnetic flux rotates relative to the Hall element at the center, a power supply circuit that applies voltages to each Hall element with a phase difference of 90 degrees from each other, and two The input angle The purpose of the present invention is to provide an angle converter that has good linearity characteristics and can provide a wide measurable range of input angles from 0 to 360 degrees.
第2図は、本発明の一実施例の構成説明図であ
る。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of an embodiment of the present invention.
図において、1aは磁気回路で、永久磁石1
1,12とヨーク13よりなる。永久磁石11,
12はコの字状のヨーク13の両端に取付けら
れ、永久磁石11と12間に磁界が生ずるように
配置されている。3,4はホールエレメントで、
永久磁石11と12との間に配置され、軸0を中
心にして互いに直交して配置され、軸0には入力
回転変位θが入力される。而して、ホールエレメ
ント3,4には、ほぼ等しい磁束密度Bが加わ
る。第3図に、第2図の電気回路のブロツク図を
示す。5はホールエレメント3,4を交流駆動す
る発振回路で、ホールエレメント3を駆動すると
共に、ホールエレメント4に位相器6を介して、
90度位相のずれた交流電圧を加える。7はホール
エレメント3,4の出力を加算する加算回路で、
この場合は、両出力の差が演算される。8は位相
差検出手段で、この場合は、コンパレーター8
1,82、フリツプフロツプ回路83、平滑回路
84よりなる。加算回路7の出力は、コンパレー
ター81を介してフリツプフロツプ回路83の
SET側に接続され、発振回路5の出力が、コン
パレーター82を介してフリツプフロツプ回路8
3のRESET側に接続されている。フリツプフロ
ツプ回路83の側は平滑回路84を介して出力
端子9に接続されている。 In the figure, 1a is a magnetic circuit, and permanent magnet 1
1, 12 and a yoke 13. permanent magnet 11,
12 are attached to both ends of a U-shaped yoke 13, and are arranged so that a magnetic field is generated between the permanent magnets 11 and 12. 3 and 4 are hall elements,
It is arranged between the permanent magnets 11 and 12, and arranged orthogonal to each other with axis 0 as the center, and input rotational displacement θ is input to axis 0. Thus, substantially equal magnetic flux density B is applied to the Hall elements 3 and 4. FIG. 3 shows a block diagram of the electrical circuit of FIG. 5 is an oscillation circuit that drives the Hall elements 3 and 4 with alternating current.
Apply alternating current voltages that are 90 degrees out of phase. 7 is an adder circuit that adds the outputs of Hall elements 3 and 4;
In this case, the difference between both outputs is calculated. 8 is a phase difference detection means, in this case, a comparator 8
1, 82, a flip-flop circuit 83, and a smoothing circuit 84. The output of the adder circuit 7 is sent to the flip-flop circuit 83 via a comparator 81.
The output of the oscillation circuit 5 is connected to the SET side, and the output of the oscillation circuit 5 is connected to the flip-flop circuit 8 via the comparator 82.
Connected to the RESET side of 3. The flip-flop circuit 83 side is connected to the output terminal 9 via a smoothing circuit 84.
以上の構成において、発振回路5からホールエ
レメント3にV1=Vsinωtの電圧を加え、I1sinωt
の電流を流す。ホールエレメント4には移相器6
を通した電圧V11=Vcosωtを加えてI2cosωtの電
流を流す。入力軸0への入力角θがθ=0のと
き、第4図に示す如く、ホールエレメント3が磁
束を直角に受けるものとすれば、ホールエレメン
ト4は平行な磁束を受ける。入力軸0に入力角θ
が与えられると、ホールエレメント3,4に加わ
る磁束密度は、磁気回路中央付近の磁束密度をB
とすれば、それぞれBcosθ,Bsinθとなる。ホー
ルエレメント3,4の積感度をK1、K2とすれば、
ホールエレメント3,4の出力電圧V2、V3は
V2=K1I1Bsinωt・cosθ=K1I1B{1/2sin(ωt+θ
)+1/2sin(ωt−θ)}(2)
V3=K2I2Bcosωt・sinθ=K2I2B{1/2sin(ωt+θ
)−1/2sin(ωt−θ)}(3)
となる。加算回路7により、出力V2とV3の差を
取ると、K1I1B=K2I2Bとすると、両出力の差V4
は
V4=K1I1Bsin(ωt−θ) (4)
となる。V4とV1電圧の波形を第5図Aに示す。 In the above configuration, a voltage of V 1 =Vsinωt is applied from the oscillation circuit 5 to the Hall element 3, and I 1 sinωt
A current flows through the current. Hall element 4 has a phase shifter 6
A voltage V 11 =Vcosωt is applied to the current I 2 cosωt. When the input angle θ to the input shaft 0 is θ=0, as shown in FIG. 4, if the Hall element 3 receives the magnetic flux at right angles, the Hall element 4 receives the magnetic flux in parallel. Input angle θ to input axis 0
is given, the magnetic flux density applied to the Hall elements 3 and 4 changes the magnetic flux density near the center of the magnetic circuit to B
Then, they become Bcosθ and Bsinθ, respectively. If the product sensitivity of Hall elements 3 and 4 is K 1 and K 2 ,
The output voltages V 2 and V 3 of the Hall elements 3 and 4 are V 2 = K 1 I 1 B sinωt・cos θ = K 1 I 1 B {1/2 sin (ωt + θ
)+1/2sin(ωt−θ)}(2) V 3 =K 2 I 2 Bcosωt・sinθ=K 2 I 2 B{1/2sin(ωt+θ
)−1/2sin(ωt−θ)}(3). If we take the difference between the outputs V 2 and V 3 using the adder circuit 7, then if K 1 I 1 B = K 2 I 2 B, then the difference between the two outputs V 4
becomes V 4 = K 1 I 1 Bsin (ωt−θ) (4). The waveforms of the V 4 and V 1 voltages are shown in FIG. 5A.
V4電圧をコンパレータ81を通すと第5図C
の如き波形が得られ、一方、V1電圧はコンパレ
ータ82を通すと第5図Bに示す如き波形が得ら
れる。コンパレーター81,82の出力をフリツ
プフロツプ回路83に加えると、側の出力は第
5図dの如き波形となる。この出力を平滑回路8
4を通して直流出力Voを得ることができる。直
流出力Voは次式に示す如くなる。 When V 4 voltage is passed through comparator 81, Figure 5C
On the other hand, when the V 1 voltage is passed through the comparator 82, a waveform as shown in FIG. 5B is obtained. When the outputs of the comparators 81 and 82 are applied to the flip-flop circuit 83, the output has a waveform as shown in FIG. 5d. Smoothing circuit 8
DC output Vo can be obtained through 4. The DC output Vo is as shown in the following equation.
Vo=T1/TVs=θ/ω/2π/ωVs=θ/2πVs (5)
ここで
T:周期
T1:パルス幅
Vs:振幅
したがつて、入力角度θに比例した出力電圧
Voが得られる。 Vo=T 1 /TVs=θ/ω/2π/ωVs=θ/2πVs (5) Here, T: Period T 1 : Pulse width Vs: Amplitude Therefore, the output voltage is proportional to the input angle θ
Vo is obtained.
この結果、入力角度は比例的に出力電圧に変
換することができる。而も、入力角度が位相差の
測定に変換されるため、原理的に非直線性がな
い。発振周波数ωの変動は測定精度に影響を与
えない。入力角度θは0〜360度の範囲で測定
可能で、大きな入力スパンを採用することができ
る。 As a result, the input angle can be proportionally converted into an output voltage. However, since the input angle is converted into a phase difference measurement, there is no non-linearity in principle. Fluctuations in the oscillation frequency ω do not affect measurement accuracy. The input angle θ can be measured in the range of 0 to 360 degrees, and a large input span can be adopted.
なお、ゼロクロツシング・デテクタでコンパレ
ーター81,82を構成すれば発振振幅の変動も
誤差とならないものが得られる。 Note that if the comparators 81 and 82 are configured with zero-crossing detectors, it is possible to obtain a device in which fluctuations in the oscillation amplitude do not cause errors.
なお、前述の実施例においては、位相差検出手
段8として、コンパレーター81,82、フリツ
プフロツプ回路83と平滑回路よりなるとした
が、これに限ることはなく、たとえば、フリツプ
フロツプ回路のかわりにAND回路を設けたもの
でもよく、要するに、位相差が検出できるもので
あればよい。 In the above embodiment, the phase difference detection means 8 is composed of comparators 81, 82, a flip-flop circuit 83, and a smoothing circuit, but it is not limited to this. For example, an AND circuit may be used instead of the flip-flop circuit. In short, it is sufficient if the phase difference can be detected.
以上説明したように、本発明によれば、直線性
特性が良好であり、入力角度が0〜360度と広い
測定可能範囲の得られる角度変換器を実現するこ
とができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize an angle converter that has good linearity characteristics and can obtain a wide measurable input angle range of 0 to 360 degrees.
第1図は従来より一般に使用されているホール
エレメントを利用した角度変換器の原理説明図、
第2図は本発明の一実施例の構成説明図、第3図
は第2図実施例の電気回路のブロツク図、第4
図、第5図は第2図実施例の動作説明図である。
1a……磁気回路、11,12……永久磁石、
13……ヨーク、3,4……ホールエレメント、
5……発振回路、6……位相器、7……加算回
路、8……位相差検出手段、81,82……コン
パレータ、83……フリツプフロツプ回路、84
……平滑回路、9……出力端子、0……入力軸、
θ……入力回転変位、B……磁束密度。
Figure 1 is a diagram explaining the principle of an angle converter using a Hall element that has been commonly used in the past.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram of the electric circuit of the embodiment of FIG. 2, and FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment shown in FIG. 1a... Magnetic circuit, 11, 12... Permanent magnet,
13...Yoke, 3,4...Hall element,
5...Oscillation circuit, 6...Phase shifter, 7...Addition circuit, 8...Phase difference detection means, 81, 82...Comparator, 83...Flip-flop circuit, 84
... Smoothing circuit, 9 ... Output terminal, 0 ... Input shaft,
θ...Input rotational displacement, B...Magnetic flux density.
Claims (1)
いに直交して配置された二個のホールエレメント
と、該ホールエレメントに共通の磁束密度が加え
られ入力回転角に対応して前記入力軸を中心に磁
束の方向が該ホールエレメントに対して相対的に
回転するように構成された磁気回路と、前記ホー
ルエレメントに互いに90度の位相差を有する交流
電圧を前記それぞれのホールエレメントに加える
発振回路と、前記二個のホールエレメントの出力
電圧を加算する加算回路と、該加算回路の出力と
前記電源回路の出力の一方との位相差を検出する
位相差検出手段とを具備してなる角度変換器。1. Two Hall elements arranged perpendicularly to each other around an input shaft to which rotational displacement is applied, and a common magnetic flux density is applied to the Hall elements, and a magnetic circuit configured such that the direction of magnetic flux rotates relative to the Hall element; and an oscillation circuit that applies alternating current voltages having a phase difference of 90 degrees to each Hall element; An angle converter comprising: an adder circuit that adds the output voltages of the two Hall elements; and a phase difference detector that detects a phase difference between the output of the adder circuit and one of the outputs of the power supply circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23091582A JPH0229166B2 (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | KAKUDOHENKANKI |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23091582A JPH0229166B2 (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | KAKUDOHENKANKI |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59125005A JPS59125005A (en) | 1984-07-19 |
| JPH0229166B2 true JPH0229166B2 (en) | 1990-06-28 |
Family
ID=16915273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23091582A Expired - Lifetime JPH0229166B2 (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | KAKUDOHENKANKI |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0229166B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011059103A (en) * | 2009-08-11 | 2011-03-24 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Rotational angle detector, position detector, and detection method of the same |
-
1982
- 1982-12-29 JP JP23091582A patent/JPH0229166B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59125005A (en) | 1984-07-19 |
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