(57)【要約】【課題】１つのＨＩＣの死角となる４５°近辺に他のＨＩＣを配置できるようにして、計測可能な有効電気角度を相互に補完することにより、広範囲の計測を可能とする回転角度センサを提供すること。【解決手段】バイアス磁界の有無を検知するホール素子と、前記バイアス磁界の有無を表す検知信号を生成する信号処理回路とを備えたホールＩＣによって、前記ホールＩＣに近接して配置され、前記バイアス磁界を供給する回転自在のリング状磁石３の磁界の変化を検出する回転角度センサ１であって、前記リング状磁石３の周囲に、前記ホールＩＣを設置・固定するための取付け凹部５を複数個備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス磁界の強弱を検知するホール素子と、前記バイアス磁界の有無を現す検知信号を生成する信号処理回路とを備えたホールＩＣによって、前記ホールＩＣに近接して配置され、前記バイアス磁界を供給する回転自在のリング状磁石の磁界の変化を検出する回転角度センサであって、
前記リング状磁石の周囲に、前記ホールＩＣを設置・固定するための取付け凹部を複数個設けた、
ことを特徴とする回転角度センサ。
【請求項２】
複数個の前記取付け凹部は、夫々前記ホールＩＣが、互いに離間し、所定の位相角度を持つように設定されることを特徴とする請求項１に記載の回転角度センサ。
【請求項３】
前記信号処理回路は、複数の前記リング状磁石のバイアス磁界の検知信号を回転角度信号として生成し、前記検知信号同士を受け、前記回転角度信号同士を演算・処理した結果、前記所定の位相角度を現す演算処理信号を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁石の回転角度に基づく磁界の変化を磁電変換素子等により非接触で検知して電気信号に変換する非接触型の回転角度センサに係り、さらに詳しくはホールＩＣ（以下ＨＩＣという）を使用した回転角度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非接触型の回転角度センサは、磁気センサであるＨＩＣと磁石との組み合わせで構成されており、ＨＩＣは、回転している磁石の（Ｓ極の）磁界の強弱に対応して、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチ動作をし、その出力信号をデジタル信号として取り出すことができるという性質を利用して、主に磁石の回転角度検出用に使用されている。そして、例えば、精度の要求されるクレーンのアームを動かすレバーに用いられており、レバーの回転角度を磁気的に非接触で検知して電気信号に変換している。
【０００３】
出願人は、この種の非接触型の回転角度センサを既に提案している（特許文献１参照）。
この特許文献１では、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、ホール素子と付属回路とが小型一体化されたＨＩＣ１００と、ケース本体（図示せず）内に回転自在に設けられた回転軸１０１と、この回転軸１０１の上部に形成した側溝１０２に嵌合された半円形のマグネット１０３とを備え、ＨＩＣ１００がマグネット１０３の側面の露出部に近接対向して垂直に保持され、回転軸１０１の中心とマグネット１０３の中心とが偏心している構成である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２１３０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献１で使われている半円形のマグネット１０３を使用して、図７に示すように、回転角度センサ内にＨＩＣ１００を１８０°対向させて２つ配置した場合、図８のＨＩＣ−１（２１）及びＨＩＣ−２（２３）に示すように、その２つのＨＩＣ−１（２１）及びＨＩＣ−２（２３）の間で出力信号の特性が大きく異なってしまう。そして、出力信号から計測可能な有効電気角度は、出力信号のグラフで略リニアの部分なので、位相角度が４５°を超えると計測が不可能である。また、２つのＨＩＣ−１（２１）及びＨＩＣ−２（２３）の間で出力信号の特性が異なるので、相互に補完することができない。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、１つのＨＩＣの死角となる４５°近辺に他のＨＩＣを配置できるようにして、計測可能な有効電気角度を相互に補完することにより、広範囲の計測を可能とする回転角度センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の回転角度センサは、バイアス磁界の強弱を検知するホール素子と、前記バイアス磁界の有無を現す検知信号を生成する信号処理回路とを備えたＨＩＣによって、前記ＨＩＣに近接して配置され、前記バイアス磁界を供給する回転自在のリング状磁石の磁界の変化を検出する回転角度センサであって、前記リング状磁石の周囲に、前記ＨＩＣを設置・固定するための取付け凹部を複数個設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、リング状磁石の周囲に複数のＨＩＣが設置・固定され、有効電気角度が広範囲の検知信号を生成するように作用する。
【０００９】
請求項２に記載の回転角度センサは、複数個の前記取付け凹部に、夫々前記ＨＩＣが、互いに離間し、所定の位相角度を持つように設置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、ＨＩＣが、設定した位相角度に応じて、例えば、４５°にも９０°にも１８０°にも作用する。
【００１１】
請求項３に記載の回転角度センサは、前記信号処理回路が、複数の前記リング状磁石のバイアス磁界の検知信号を回転角度信号として生成し、前記検知信号同士を受け、前記回転角度信号同士を演算・処理する結果、前記所定の位相角度を現す演算処理信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、信号処理回路が、検知信号同士を受け、回転角度信号同士を演算・処理するように作用する。その結果、設定した位相角度を現す演算処理信号が出力される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る回転角度センサの詳細について説明する。
本発明の回転角度センサは、ＨＩＣを使用したものであり、バイアス磁界の強弱を検知するホール素子と、バイアス磁界の有無を現す検知信号を生成する信号処理回路とを備えたＨＩＣによって、ＨＩＣに近接して配置されバイアス磁界を供給する回転自在のリング状磁石の磁界の変化を検出するものである。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る回転角度センサの概略を示す平断面図である。
図１で、回転角度センサ１は、本体ケース２内の図示せぬころがり軸受けによって、回転軸が回転自在に軸支され、この回転軸の細径部３に、リング状磁石４の貫通穴５を嵌めて、リング状磁石４が固定されている。回転軸には、回転角を検出したいもの、例えば、クレーンのアームを動かすレバーが固定されている。
【００１５】
リング状磁石４の周囲の本体ケース２には、図２に示すようなＨＩＣ６を垂直に設置・固定するための取付け凹部（図１参照）７が、９０°の間隔をおいて３つ形成されている。
ＨＩＣ６は、バイアス磁界の強弱を検知し、磁界の強さに応じた電圧を発生する図示しないホール素子と、バイアス磁界の強弱を現す検知信号を生成する図示しない信号処理回路とを小型一体化したものである。このＨＩＣ６には、外部と接続する３本の端子（入力端子、出力端子、アース端子）８が植設されている。
【００１６】
ホール素子は、インジウム、アンチモン、シリコン等の半導体材料からなり、このホ−ル素子の出力電圧を増幅する増幅回路や、温度変化に対して出力電圧の誤差を補正する補信回路等からなる信号処理回路が一体化されてＩＣ化してＨＩＣ６が構成されている。ＨＩＣ６は、横断面形状が長方形と長方形の長辺を下底とした形を一体化した形状に樹脂等でパッケージ化されている。また、このＨＩＣ６は、リング状磁石４の側面の露出部に逆台形の上底側の面を近接対向して垂直にケ−ス本体２内に保持されている。
【００１７】
以上の構成からなる本発明の小型回転角度センサの作用について述べる。
パラボラアンテナ等から、図示しないア−ムシャフト等を介して回転力が回転軸に伝達されると、回転軸と一体にリング状磁石４が回転して、その磁界が変化する。磁界が変化すると、ＨＩＣ６の受ける磁力線の数（磁界の強度）が変化し、リング状磁石４の周囲に近接して垂直に固定されているＨＩＣ６中のホ−ル素子に磁力線の数の変化に応じた電圧が発生する。この電圧をＨＩＣ６中の信号処理回路（増幅回路）で増幅して、出力電圧としてＨＩＣ６の端子８から外部に出力する。従って、この出力電圧の変化を検出することにより、例えば、クレーンのアームを動かすレバーの回転角度を検出することができる。
【００１８】
次に９０°の間隔をおいて３つ設けられ取付け凹部７に、ＨＩＣ６を１〜２個固定した場合について、図を参照して説明する。
図３（ａ）に示す例では、回転自在のリング状磁石４の周囲にＨＩＣ６が９０°の間隔で２個配置されており、それぞれＨＩＣ６−１、及びＨＩＣ６−２とする。
この場合、リング状磁石４が回転すると、そのバイアス磁界の検知信号は、信号処理回路によって、回転角度信号として生成される。そして、信号処理回路は、ＨＩＣ６−１、及びＨＩＣ６−２からの検知信号同士を受け、回転角度信号同士を演算・処理した結果、図３（ｂ）に示すように、それぞれ９０°の位相角度を現す演算処理信号が出力電圧のサインカーブとして描かれる。これは、リング状磁石４を使用することによって、９０°の間隔で２個配置した２つのＨＩＣ６−１、及びＨＩＣ６−２が検出するリング状磁石４の回転角度を、位相が異なるだけで同じ特性（サインカーブ）の出力電圧として検出できるためである。
【００１９】
この図３（ｂ）で、実際に検出できる出力電圧の有効電気角度は、サインカーブの略直線部分なので、±４５°程度であるが、直線部分は、１つ目のＨＩＣ６−１の出力（Ｏｕｔ１）について、±４５°程度の間を置いて２ヶ所ある。そして、１つ目のＨＩＣ６−１で検出できない部分（サインカーブのカーブした部分）については、９０°の位相角度をおいて配置した２つ目のＨＩＣ６−２の出力（Ｏｕｔ２）が同じように、±４５°程度の有効電気角度が２ヶ所あって、ＨＩＣ６−１によるものと丁度補い合っている。従って、９０°の位相角度をおいて配置した２つのＨＩＣ６によって、３６０°の回転角度の検出が可能になる。
【００２０】
図４（ａ）の例は、回転自在のリング状磁石４の周囲に、１８０°の位相角度で、すなわち２つのＨＩＣ６−１及びＨＩＣ６−３を対向させて配置した場合である。
この場合、図４（ｂ）に示すように、リング状磁石４が回転すると、その回転角度は、信号処理回路によって、２つの回転角度が重なったリニアの出力電圧となる（Ｏｕｔ１とＯｕｔ３）。検出できる有効電気角度は、±４５°、クレーンのアームを動かすレバーが回転する機械角度としては、１００±５°であるが、２つのＨＩＣ６−１及びＨＩＣ６−３を対向させて配置することで、検出精度が向上する。また、一方のＨＩＣ６−１又はＨＩＣ６−３が万一故障した場合でも、他方のＨＩＣ６−３又はＨＩＣ６−１によって回転角度を検出することができる。
【００２１】
図５（ａ）の例は、ＨＩＣ６を一個だけ、すなわち、回転自在のリング状磁石４の周囲にＨＩＣ６−１のみ配置した場合である。
この場合、リング状磁石４が回転すると、その回転角度は、図５（ｂ）に示すように、信号処理回路によって、回転角度がリニアの出力電圧として検出されている。検出できる有効電気角度は、±４５°であるが、クレーンのアームを動かすレバーが回転する機械角度としては、１００±５°となる。これは従来の場合と同じであるが、使用目的によってはこのような場合も必要となるので、対応できるようにしたものである。
【００２２】
尚、上記実施形態では特に説明しなかったが、９０°の位相角度で３つのＨＩＣ６−１，６−２，６−３を配置した場合は、有効電気角度が広範囲で、且つ、より精度の高い回転角度を検出することができる。
また、上記実施形態では、クレーンのアームを動かすレバーの回転角度の検出を例として説明したが、本発明の回転角度センサは、その他様々な対象物の回転角度の検出に適用することができる。
【００２３】
以上、詳述したように、本発明は、角度を検出したい対象物に応じて計測上の死角の少ない多彩な信号パターンを検出することができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の回転角度センサによれば、リング状磁石がバイアス磁界を供給し、これをリング状磁石の周囲に複数個設けた取付け凹部にＨＩＣを設置・固定することで、リング状磁石の回転角度について、計測範囲が広角度に及ぶ正確な計測信号を検出することができる。
【００２５】
請求項２に記載の回転角度センサによれば、複数のＨＩＣの位相角度は、取付け凹部の設置によって、例えば、９０°にも１８０°にもなると同時に、複数のＨＩＣの間に、リング状磁石が配される結果、有効電気角度がより広範囲な回転角度センサを提供することができる。
【００２６】
請求項３に記載の回転角度センサによれば、信号処理回路が設定した位相角度を現す演算処理信号を出力する結果、計測上の死角の少ない多彩な信号出力機能を持つ回転角度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転角度センサの概略を示す平断面図である。
【図２】ＨＩＣの概略斜視図である。
【図３】２つのＨＩＣを９０°の位相角度で配置した場合の説明図である。
【図４】２つのＨＩＣを１８０°の位相角度で対向して配置した場合の説明図である。
【図５】１つのＨＩＣを配置した場合の説明図である。
【図６】従来の回転角度センサの説明図である。
【図７】従来の半円形のマグネットを使用して回転角度センサ内にＨＩＣを１８０°対向させて２つ配置した場合の説明図である。
【図８】従来の回転角度センサの評価試験データである。
【符号の説明】
１  ：回転角度センサ
４  ：リング状磁石
６  ：ＨＩＣ
６−１  ：ＨＩＣ
６−２  ：ＨＩＣ
６−３  ：ＨＩＣ
７  ：ＨＩＣ取付け凹部
【図１】
2004264167.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004264167.tif 000007
【図６】
2004264167.tif 000008
【図７】
2004264167.tif 000009
【図８】
2004264167.tif 000010