(57)【要約】    【課題】  磁電変換素子の検出磁束密度の直線誤差を小さくする。    【解決手段】  軟質磁性材料からなる円筒状のヨーク１１の中に半円筒状の第１、第２のマグネット１２ａ、１２ｂを対向して配置し、各々のマグネット１２ａ、１２ｂは内周面にＮ、Ｓ極が対向するように着磁し、マグネット１２ａ、１２ｂによって形成された空間内に磁気センサ１３ａ、１３ｂを配置し、磁気センサ１３ａ、１３ｂはヨーク１１の中心を中心とする円を考えたとき、その円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に配置し、磁気センサ１３ａ、１３ｂを円周上１８０度の間隔で配置し、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部に角形の突出部１４を設け、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部の起磁力を大きくする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のヨークの内面に半円筒状で内周面にＮ、Ｓ極が対向するように着磁された第１、第２のマグネットを対向させて配置し、上記第１、第２のマグネットによって発生する磁界中に上記第１、第２のマグネットに対して回転する磁電変換素子を配置し、上記ヨークの中心を中心としかつ上記磁電変換素子の外形寸法幅の１／２以上の値を半径とする円を考えたときに上記円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に上記磁電変換素子を配置し、上記第１、第２のマグネットの円周長の中心部の起磁力を大きくしたことを特徴とする磁気式ロータリポジションセンサ。
【請求項２】
上記第１、第２のマグネットの円周長の中心部に突出部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の磁気式ロータリポジションセンサ。
【請求項３】
上記第１、第２のマグネットの円周長の中心部の着磁量を大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の磁気式ロータリポジションセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁束の変化を電圧に変換する磁電変換素子を用いて非接触で回転角の絶対位置を電気的な出力として検出する磁気式ロータリポジションセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁束の変化を電圧に変換する磁電変換素子を用いて非接触で回転角の絶対位置を電気的な出力として検出する磁気式ロータリポジションセンサとしては、先願である特願２００３−２８５１９４号の明細書等に記載された磁気式ロータリポジションセンサがある。
【０００３】
図７は上記の先願の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、軟質磁性材料からなる円筒状のヨーク１の中に円弧角α（α≦１８０°）の半円筒状の第１、第２のマグネット２ａ、２ｂが対向して配置され、各々のマグネット２ａ、２ｂは内周面にＮ、Ｓ極が対向するように着磁されている。また、マグネット２ａ、２ｂによって形成された空間内に磁気センサ３が配置され、磁気センサ３はヨーク１の中心Ｏを中心としかつ半径ｒの円を考えたとき、その円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に配置されており、半径ｒは磁気センサ３の外形寸法幅ｗの１／２以上である。そして、ヨーク１が磁気センサ３に対して中心Ｏを回転中心として回転する。
【０００４】
この磁気式ロータリポジションセンサにおいては、図７に示す状態のときには、磁気センサ３の感磁面に直角に交わる磁束の成分はなく、図７に示す状態からヨーク１が±９０°回転した状態のときには、磁気センサ３の感磁面に直角に交わる磁束成分がもっとも大きくなる。すなわち、円筒内の磁界が平行な磁界とならず、中心から遠ざかるにつれて若干湾曲した形状になることを積極的に利用すると、半径ｒ、円弧角αを適当に選ぶことにより、磁気センサ３の検出磁束密度を直線近似することができる。
【０００５】
そして、このような磁気式ロータリポジションセンサにおいては、マグネット２ａ、２ｂによって形成された空間には磁性材料はなく、空気だけなので、ヒステリシス現象は発生しない。また、ヨーク１の中心Ｏを中心としかつ磁気センサ３の外形寸法幅ｗの１／２以上の値を半径ｒとする円を考えたときに上記円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に磁気センサ３を配置しているから、磁気センサ３に対するヨーク１の回転角度θの広い範囲に亘って検出誤差が小さくなる。
【０００６】
なお、この種の従来技術について記載されている文献としては、特許文献１、２を挙げることができる。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５５４４０００号明細書
【特許文献２】米国特許第５７８９９１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８は図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの動作説明図で、(ａ)は図７に示した磁気式ロータリポジションセンサにおける回転角度θと検出磁束密度との関係を示すグラフで、曲線ａは磁気センサ３の検出部を通過する磁束量の絶対値の変化を示し、曲線ｂは磁気センサ３の実際の検出磁束密度の変化を示す（なお、回転角度θ、検出磁束密度が共に正である領域では曲線ａ、ｂが重複）。また、(ｂ)〜(ｄ)は図７に示した磁気式ロータリポジションセンサのマグネット２ａ、２ｂと磁気センサ３との位置関係を示す図であり、(ｂ)は回転角度θが最小検出回転角度θminの状態を示し、(ｃ)は回転角度θが０の状態を示し、(ｄ)は回転角度θが最大検出回転角度θmaxの状態を示す。そして、図８(ａ)に示すように、磁気センサ３の検出部を通過する磁束量の絶対値の変化を示す曲線ａは縦軸に対して対称となるが、磁気センサ３に対してヨーク１が回転するから、回転角度θが０のときに磁気センサ３の検出部の極性が反転し、磁気センサ３の実際の検出磁束密度の変化は曲線ｂで示されるようになる。このため、回転角度θが０の位置に変極点が表われ、近似直線ｃで示される磁気センサ３の理想的な検出磁束密度に対する磁気センサ３の実際の検出磁束密度の誤差すなわち直線誤差が生じる。
【０００９】
また、図９、図１０は図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと検出磁束密度との関係を示すグラフで、図９は円弧角αを１４３°とし、検出角度範囲を±６０°としたときの回転角度θと検出磁束密度との関係を示し、図１０は円弧角αを１６６°とし、検出角度範囲を±７５°としたときの回転角度θと検出磁束密度との関係を示し、図９、図１０の(ｂ)は(ａ)の一部（回転角度θが０〜４５度、検出磁束密度が０〜５０ｍＴの範囲）を拡大して示したものであり、検出磁束密度の変化を示す曲線ｂとともに近似直線ａを示している。また、図１１は図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフで、曲線ａ１、ｂ１はそれぞれ円弧角αを１４３°、１６６°とした場合を示す。そして、図９〜図１１から明らかなように、磁気センサ３の検出磁束密度の回転角度θが±３０度付近における直線誤差すなわち検出角度範囲中心部の直線誤差が大きくなり、しかも検出角度範囲中心部の直線誤差は円弧角αを大きくして、検出角度範囲を大きくした方が大きくなる。
【００１０】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、磁電変換素子の検出磁束密度の直線誤差が小さい磁気式ロータリポジションセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため、本発明においては、円筒状のヨークの内面に半円筒状で内周面にＮ、Ｓ極が対向するように着磁された第１、第２のマグネットを対向させて配置し、上記第１、第２のマグネットによって発生する磁界中に上記第１、第２のマグネットに対して回転する磁電変換素子を配置し、上記ヨークの中心を中心としかつ上記磁電変換素子の外形寸法幅の１／２以上の値を半径とする円を考えたときに上記円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に上記磁電変換素子を配置し、上記第１、第２のマグネットの円周長の中心部の起磁力を大きくする。
【００１２】
この場合、上記第１、第２のマグネットの円周長の中心部に突出部を設けてもよい。
【００１３】
また、上記第１、第２のマグネットの円周長の中心部の着磁量を大きくしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る磁気式ロータリポジションセンサにおいては、第１、第２のマグネットの円周長の中心部の起磁力が大きいから、磁電変換素子の検出磁束密度の直線誤差を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明に係る磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、軟質磁性材料からなる円筒状のヨーク１１の中に半円筒状の第１、第２のマグネット１２ａ、１２ｂが対向して配置され、各々のマグネット１２ａ、１２ｂは内周面にＮ、Ｓ極が対向するように着磁されている。また、マグネット１２ａ、１２ｂによって形成された空間内に磁気センサ１３ａ、１３ｂが配置され、磁気センサ１３ａ、１３ｂはヨーク１１の中心を中心とする円を考えたとき、その円の円周の接線方向の磁界成分を検出する位置に配置されており、磁気センサ１３ａの中心線と磁気センサ１３ｂの中心線とは一致しており、磁気センサ１３ａ、１３ｂの中心線はヨーク１１の中心を通る。すなわち、円周上１８０度の間隔で２個の磁気センサ１３ａ、１３ｂが配置されている。また、上記円の半径は磁気センサ１３ａ、１３ｂの外形寸法幅の１／２以上である。そして、ヨーク１が磁気センサ１３ａ、１３ｂに対してヨーク１１の中心を回転中心として回転する。また、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部に内側に突出した角形の突出部１４が設けられ、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部の起磁力（磁束量）が大きくなっている。
【００１６】
この磁気式ロータリポジションセンサにおいては、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部に突出部１４が設けられ、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部の起磁力が大きくなっているから、磁気抵抗が大きく磁束が通りづらい回転角度θが０°付近の不足する磁束量を補うことができる。このため、図８の曲線ａで示される磁気センサ３の検出部を通過する磁束量の絶対値を回転角度θが０°付近で増加することができるから、磁気センサ３の検出部を通過する磁束量の絶対値の変化を示す曲線を回転角度θが０°付近で直線に近づけることができるので、磁気センサ１３ａ、１３ｂの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。また、円周上１８０度の間隔で２個の磁気センサ１３ａ、１３ｂが配置されているから、磁気センサ１３ａ、１３ｂの出力の和が一定であることを監視して、磁気センサ１３ａ、１３ｂが正常に機能していることを確認することができる。
【００１７】
図２はヨーク１、１１の外径を２０ｍｍ、内径を１５ｍｍ、マグネット２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂの厚さを１．５ｍｍ、円弧角αを１４３°、磁気センサ３、１３ａ、１３ｂの中心部のヨーク１、１１の中心からの距離を２．７２ｍｍ、突出部１４の幅ａを０．７ｍｍ、径方向長さｂを０．６８ｍｍとしたときの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフで、曲線ａ１は図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示し、曲線ａ２は図１に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示す。そして、図２から明らかなように、突出部１４を設けたときには、突出部１４を設けない場合と比較して、磁気センサ１３ａ、１３ｂの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
【００１８】
図３は円弧角αを１６６°とし、他の寸法を図２の場合と同様としたときの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフで、曲線ｂ１は図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示し、曲線ｂ２は図１に示した磁気式ロータリポジションセンサの場合を示す。そして、図３から明らかなように、円弧角αを大きくして、検出角度範囲を大きくした場合にも、突出部１４を設けたときには、突出部１４を設けないと比較して、磁気センサ１３ａ、１３ｂの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
【００１９】
図４は本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部に内側に突出した丸形の突出部１５が設けられ、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部の起磁力が大きくなっている。
【００２０】
また、図５は本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。図に示すように、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部に内側に突出したＶ字形の突出部１６が設けられ、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部の起磁力が大きくなっている。
【００２１】
図４、図５に示した磁気式ロータリポジションセンサにおいても、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部に突出部１５、１６が設けられ、マグネット１２ａ、１２ｂの円周長の中心部の起磁力が大きくなっているから、磁気センサ１３ａ、１３ｂの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
【００２２】
図６は本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図で、(ａ)は基本構成そのものを示す図、(ｂ)はマグネット２１ｂ（２１ａ）の円周長位置と着磁量との関係を示すグラフで、(ｂ)のＡ〜Ｃ位置は(ａ)のＡ〜Ｃ位置と対応する。図に示すように、円筒状のヨーク１１の中に半円筒状の第１、第２のマグネット２１ａ、２１ｂが対向して配置され、各々のマグネット２１ａ、２１ｂは内周面にＮ、Ｓ極が対向するように着磁されている。また、マグネット２１ａ、２１ｂによって形成された空間内に磁気センサ１３ａ、１３ｂが配置されている。また、マグネット２１ａ、２１ｂの円周長の中心部の着磁量が大きくなっており、マグネット２１ａ、２１ｂの円周長の中心部の起磁力が大きくなっている。
【００２３】
図６に示した磁気式ロータリポジションセンサにおいても、マグネット２１ａ、２１ｂの円周長の中心部の着磁量が大きくなっており、マグネット２１ａ、２１ｂの円周長の中心部の起磁力が大きくなっているから、磁気センサ１３ａ、１３ｂの検出磁束密度の検出角度範囲中心部の直線誤差を小さくすることができる。
【００２４】
なお、磁気センサ１３ａ、１３ｂとしてはホール効果センサや磁気抵抗効果センサ、ＭＩ（Magneto-impedance）センサ等の磁電変換素子を用いることができる。そして、感磁部にホール素子を使用し、ＡＤ変換、ＤＳＰ、ＤＡ変換回路等を一体化した構造のプログラマブルホールＩＣが、このような用途のために開発されており、磁束密度と出力電圧との関係を決めるゲイン調整や、磁界の極性と出力電圧の極性を変える機能、あるいは温度変化によるマグネットの磁気特性の変化をキャンセルする温度補償機能等を内蔵しており、かつそれらがプログラマブルとなっているので、現状では最も使いやすいものとなっており、ゲイン設定やマグネットの温度補正を簡単に行なうことができる。
【００２５】
また、上述実施の形態においては、突出部として角形の突出部１４、丸形の突出部１５、Ｖ字形の突出部１６を設けたが、他の突出部を設けてもよい。また、上述実施の形態においては、図６(ｂ)に示すように着磁量を変化させたが、第１、第２のマグネットの円周長の中心部の起磁力を大きくすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。
【図２】図１、図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフである。
【図３】図１、図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。
【図５】本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。
【図６】本発明に係る他の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。
【図７】先願の磁気式ロータリポジションセンサの基本構成を示す図である。
【図８】図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの動作説明図である。
【図９】図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと検出磁束密度との関係を示すグラフである。
【図１０】図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと検出磁束密度との関係を示すグラフである。
【図１１】図７に示した磁気式ロータリポジションセンサの回転角度θと直線誤差との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１１…ヨーク
１２ａ…第１のマグネット
１２ｂ…第２のマグネット
１３ａ…磁気センサ
１３ｂ…磁気センサ
１４…突出部
１５…突出部
１６…突出部
２１ａ…第１のマグネット
２１ｂ…第２のマグネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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