(57)【要約】【課題】磁界発生手段の大型化を伴うことなく、検出出力を大きくとる。磁気センサや磁界発生手段の搭載精度を緩和する。【解決手段】磁気センサ１の感磁パターンＰＴ２を、磁石３−１，３−２が発生する磁界Ｂの平行磁場が得られる最大幅Ｗ１を直径とする円４に内接するように、基板２上に形成する。具体的には、感磁パターンＰＴ２を、４つの磁気抵抗素子１−１〜１−４の各々がつづら折りでほぼ扇形になるように形成された線状電極とする。各磁気抵抗素子１−１〜１−４は、その扇形の中心線が互いに隣接する磁気抵抗素子と９０度の回転ずれを有するものとし、かつ各磁気抵抗素子１−１〜１−４の扇形の円弧を円４に内接する１／４円弧とする。【選択図】  図１
2012207953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方から他方へ向かう磁界を発生させる磁界発生手段と、前記磁界発生手段が発生する磁界内に設置され、ブリッジ接続された複数の磁気抵抗素子よりなる感磁パターンが基板面に形成された磁気センサと、前記磁界発生手段を保持する第１の部材と、前記磁気センサを保持する第２の部材とを備え、前記磁気センサの出力に基づいて前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な回転角度を検出する回転角度検出器において、
前記第１の部材および前記第２の部材は、何れか一方が可動部材、他方が固定部材とされ、
前記磁気センサの感磁パターンは、前記磁界発生手段が発生する磁界の平行磁場が得られる最大幅を直径とする円に内接するように、前記基板上に形成されている
ことを特徴とする回転角度検出器。
【請求項２】
請求項１に記載された回転角度検出器において、
前記磁気センサの感磁パターンは、前記複数の磁気抵抗素子の各々がつづら折りでほぼ扇形になるように形成された線状電極とされ、各磁気抵抗素子はその扇形の中心線が互いに隣接する磁気抵抗素子と９０度の回転ずれを有し、かつ各磁気抵抗素子の扇形の円弧は前記磁界発生手段が発生する磁界の平行磁場が得られる最大幅を直径とする円に内接する１／４円弧とされている
ことを特徴とする回転角度検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種部材間の相対的な回転角度を非接触で検出する回転角度検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の回転角度検出器として、磁気抵抗素子を利用したものがある。磁気抵抗素子は、この磁気抵抗素子が配置されている基板面と平行な磁界の方向が変化すると、それに応じて抵抗値が変化する。この磁気抵抗素子の抵抗値の変化から磁界の方向を検出することができ、この磁界の方向から各種部材間の相対的な回転角度を検出することが可能となる。
【０００３】
図８は磁気抵抗素子を利用した従来の回転角度検出器の回路構成の要部を示す図（例えば、特許文献１参照）である。同図において、１は磁気センサであり、ブリッジ接続された磁気抵抗素子１−１〜１−４によって構成されている。磁気抵抗素子１−１〜１−４は基板面に薄膜の電極パターンとして形成されている。この基板面に形成された磁気抵抗素子１−１〜１−４の薄膜の電極パターンを感磁パターンと呼ぶ。この磁気センサ１は、定電流ｉｄによって駆動され、磁気抵抗素子１−１と１−４との接続点に生じる電圧ｅ１と磁気抵抗素子１−３と１−２との接続点に生じる電圧ｅ２との差を検出出力Ｖｏｕｔとする。なお、磁気センサ１を定電流ｉｄの代わりに定電圧Ｖｄで駆動することも可能である。
【０００４】
この磁気センサ１において、基板面に形成された感磁パターンに対して平行な磁界をＢとし、この磁界Ｂが図示矢印方向へ回転するものとする。この場合、磁気抵抗素子１−１〜１−４の抵抗値が変化し、検出出力Ｖｏｕｔが変化する。この検出出力Ｖｏｕｔの変化から磁界Ｂの方向を検出することができ、磁界Ｂが部材間の回転に伴って回転するものとすれば、この磁界Ｂの方向から部材間の回転角度を検出することができる。
【０００５】
このような回転角度検出器において、ブリッジ接続された４つの磁気抵抗素子１−１〜１−４よりなる感磁パターンは、通常、図９に示されるように、各々の磁気抵抗素子１−１〜１−４がつづら折りでほぼ角形になるように形成された線状電極とされる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
なお、図９において、２は磁気抵抗素子１−１〜１−４よりなる感磁パターンＰＴ１が形成された基板、３−１，３−２は磁界Ｂを発生する磁石（磁界発生手段）である。この例において、磁石３−１はＮ極、磁石３−２はＳ極とされ、磁石３−１から磁石３−２の方向へ向かう磁界Ｂを発生させている。また、Ｐ１〜Ｐ４は感磁パターンＰＴ１から引き出された電極であり、基板２および磁石３−１，３−２は相対的に回転する部材の一方および他方に保持されている。
【０００７】
また、感磁パターンＰＴ１において、磁気抵抗素子１−１〜１−４の内の対をなす磁気抵抗素子１−１，１−４および磁気抵抗素子１−２，１−３の線状電極は、それぞれの各つづら折れ方向が互いに直交し、且つ何れも磁界Ｂの方向に対して４５度傾くように、磁気抵抗素子１−１と１−２とが磁石３−１と３−２の磁極間を結ぶ中心線上に位置するような方形状に整列配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１８５１６号公報
【特許文献２】特開平６−１７７４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図９に示したような角形の感磁パターンＰＴ１では、磁石３−１，３−２が感磁パターンＰＴ１に比して大きければ、すなわち磁石３−１，３−２の平行磁場有効範囲が感磁パターンＰＴ１に比して大きければ、感磁パターンＰＴ１の各所に作用する磁界Ｂの方向は平行と見なせるが、回転角度検出器の大型化を招いてしまう。
【００１０】
一方、磁石３−１，３−２が小型化を求められると、磁界Ｂの方向が磁石３−１，３−２の端辺に近づくにつれ磁界Ｂの方向が異なるものとなり、回転角度の検出精度を要求される場合は感磁パターンＰＴ１を配置できる範囲が狭くなり、結果的に検出出力が小さくなってしまう。また、磁気センサ１や磁石３−１，３−２のわずかな搭載位置ずれによっても、大きく検出精度が悪化する。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、磁界発生手段の大型化を伴うことなく、検出出力を大きくとることが可能な、また磁気センサや磁界発生手段の搭載精度を緩和することが可能な回転角度検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために本発明は、一方から他方へ向かう磁界を発生させる磁界発生手段と、磁界発生手段が発生する磁界内に設置され、ブリッジ接続された複数の磁気抵抗素子よりなる感磁パターンが基板面に形成された磁気センサと、磁界発生手段を保持する第１の部材と、磁気センサを保持する第２の部材とを備え、磁気センサの出力に基づいて第１の部材と第２の部材との相対的な回転角度を検出する回転角度検出器において、第１の部材および第２の部材は、何れか一方が可動部材、他方が固定部材とされ、磁気センサの感磁パターンは、磁界発生手段が発生する磁界の平行磁場が得られる最大幅を直径とする円に内接するように、基板上に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、磁界発生手段が発生する磁界の平行磁場が得られる最大幅を直径とする円に内接するように磁気センサの感磁パターンを基板上に形成することにより、磁界発生手段の大型化を伴うことなく、磁界の平行磁場が得られる基板上の感磁パターンの有効面積を最大とし、検出出力を大きくとることが可能となる。また、従来の角形と同じ面積分の感磁パターンであれば、最も外周に配置されるパターンを従来のパターンよりも内側にすることが可能となり、磁気センサや磁界発生手段の搭載精度を緩和することが可能となる。
【００１４】
本発明において、磁気センサの感磁パターンは、例えば、４つの磁気抵抗素子の各々がつづら折りでほぼ扇形になるように形成された線状電極とする。この場合、各磁気抵抗素子は、その扇形の中心線が互いに隣接する磁気抵抗素子と９０度の回転ずれを有するものとし、かつ各磁気抵抗素子の扇形の円弧を磁界発生手段が発生する磁界の平行磁場が得られる最大幅を直径とする円に内接する１／４円弧とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁界発生手段が発生する磁界の平行磁場が得られる最大幅を直径とする円に内接するように磁気センサの感磁パターンを基板上に形成するようにしたので、磁界発生手段の大型化を伴うことなく、磁界の平行磁場が得られる基板上の感磁パターンの有効面積を最大とし、検出出力を大きくとることが可能となる。また、従来の角形と同じ面積分の感磁パターンであれば、最も外周に配置されるパターンを従来のパターンよりも内側にすることが可能となり、磁気センサや磁界発生手段の搭載精度を緩和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る回転角度検出器の一実施の形態の要部を示す図である。
【図２】従来の感磁パターンと実施の形態の感磁パターンとの有効面積の差を説明する図である。
【図３】従来の感磁パターンと実施の形態の感磁パターンとの同一面積での半径の差を説明する図である。
【図４】本発明に係る回転角検出器を使用した調節弁制御システムのシステム構成図である。
【図５】電空ポジショナの角度センサと調節弁の配置関係を示す図である。
【図６】角度センサの要部を示す平面図および側面図である。
【図７】角度センサの要部を示す斜視図である。
【図８】磁気抵抗素子を利用した従来の回転角度検出器の回路構成の要部を示す図である。
【図９】従来の回転角度検出器の感磁パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１はこの発明に係る回転角度検出器の一実施の形態の要部を示す図である。同図において、図９と同一符号は図９を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００１９】
この実施の形態において、ブリッジ接続された４つの磁気抵抗素子１−１〜１−４よりなる感磁パターンＰＴ２は、各々の磁気抵抗素子１−１〜１−４がつづら折りでほぼ扇形になるように形成された線状電極とされている。また、この感磁パターンＰＴ２において、各磁気抵抗素子１−１〜１−４は、その扇形の中心線Ｏ−Ｌ１，Ｏ−Ｌ２，Ｏ−Ｌ３，Ｏ−Ｌ４が互いに隣接する磁気抵抗素子と９０度の回転ずれを有するものとされている。また、各磁気抵抗素子１−１〜１−４の扇形の円弧は、磁石３−１，３−２が発生する磁界Ｂの平行磁場が得られる最大幅Ｗ１を直径とする円４に内接する１／４円弧とされている。
【００２０】
すなわち、この実施の形態では、磁石３−１，３−２が発生する磁界Ｂの平行磁場が得られる最大幅Ｗ１を直径とする円４を感磁パターンＰＴ２の基板２上の形成面とし、この基板２上の円４の面積いっぱいに感磁パターンＰＴ２を形成している。
【００２１】
これにより、本実施の形態では、磁石３−１，３−２の大型化を伴うことなく、磁界Ｂの平行磁場が得られる基板２上の感磁パターンＰＴ２の有効面積を最大とし、検出出力を大きくとることが可能となる。また、感磁パターンＰＴ２を従来の角形と同じ面積分の感磁パターンとすれば、最も外周に配置されるパターンを従来のパターンよりも内側にすることが可能となり、磁気センサ１や磁石３−１，３−２の搭載精度を緩和することが可能となる。
【００２２】
なお、本実施の形態では、図８に示すフルブリッジ構成を採用するため磁気抵抗素子の個数を４つとしたが、フルブリッジ構成の代わりに、ハーフブリッジ構成も適用することが可能である。その場合には磁気抵抗素子の個数は２つとなる。
【００２３】
〔有効面積の差〕
従来の感磁パターンＰＴ１と本実施の形態の感磁パターンＰＴ２との有効面積の差を図２を参照して説明する。従来の感磁パターンＰＴ１において、角形（四角）とされた磁気抵抗素子の線状電極の面積を１×１＝１とする。これに対して、本実施の形態の感磁パターンＰＴ２において、扇形とされた磁気抵抗素子の線状電極の面積は√２×√２×π／４＝１．５７となる。したがって、基板２の中心から同一距離までを設置可能エリアとすれば、角形の感磁パターンＰＴ１に対して円形の感磁パターンＰＴ２は、１．５７倍の有効面積となり、検出出力を大きくとることが可能となる。
【００２４】
〔同一面積での半径の差〕
従来の感磁パターンＰＴ１と本実施の形態の感磁パターンＰＴ２との同一面積での半径の差を図３を参照して説明する。従来の感磁パターンＰＴ１において、角形（四角）とされた磁気抵抗素子の線状電極の面積を１×１＝１とする。本実施の形態の感磁パターンＰＴ２において、扇形とされた磁気抵抗素子の線状電極の面積が従来の角形とされた磁気抵抗素子の線状電極の面積と等しいものとすれば、その扇形の半径ｒは１＝ｒ２×π／４より、ｒ＝１．１３となる。ここで、従来の感磁パターンＰＴ１の半径を１×１の角形の対角線の長さである√２とすると、従来の感磁パターンＰＴ１と本実施の形態の感磁パターンＰＴ２との同一面積での半径の差は√２−１．１３＝０．２８となる。そして、この半径の差０．２８を角形の対角線の長さ√２で割ると０．２０となる。したがって、同一面積の抵抗配置であれば、最も外周に配置されるパターンは、角形にくらべ扇形が２０％内側になり、その分、搭載精度を緩和することが可能となる。
【００２５】
図４は本発明に係る回転角検出器を使用した調節弁制御システムのシステム構成図である。同図において、５は上位コントローラ、６は調節弁、７は調節弁６の弁開度を制御する電空ポジショナである。
【００２６】
電空ポジショナ７は、電空変換部７−１とパイロットリレー７−２と角度センサ７−３を備えており、上位コントローラ５からの設定開度情報および調節弁６からの角度センサ７−３を介する実開度情報に基づいて駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号を電空変換部７−１にて空気圧信号に変換し、パイロットリレー７−２を介して調節弁６へ与え、調節弁６の開度を制御する。
【００２７】
角度センサ７−３は、調節弁６の弁開度をフィードバックレバー（図５に示す８）の回転角度位置として検出するセンサであり、この角度センサ７−３に本発明に係る回転角度検出器を使用している。
【００２８】
図５は電空ポジショナ７の角度センサ７−３と調節弁６との配置関係を示す図である。調節弁６は駆動部６Ａと弁軸６Ｂと弁６Ｃとを備えている。駆動部６Ａは、ダイアフラムを有してなり、電空ポジショナ７からの導入空気圧に応じ弁軸６Ｂを上下動させて、弁６Ｃの開度を調整する。
【００２９】
この弁軸６Ｂのリフト位置、すなわち弁６Ｃの開度を検出するべく、角度センサ７−３と弁軸６Ｂとの間にフィードバックレバー８が連結されている。フィードバックレバー８は、弁軸６のリフト位置に応じて角度センサ７−３の中心Ｏ１を軸心として、回動する。このフィードバックレバー８の回転角度位置から弁６Ｃの開度を知ることができる。
【００３０】
図６（ａ）および（ｂ）は角度センサ７−３の要部を示す平面図および側面図である。この角度センサ７−３において、フィードバックレバー８は回転軸９に軸支されており、この回転軸９との軸支部に磁石３−１，３−２およびヨーク３−３からなる磁界発生手段３が固定されている。磁界発生手段３はフィードバックレバー８と一体となって回動する。そして、この磁界発生手段３が発生する磁界Ｂに対し、その感磁パターンＰＴ２が形成された基板面を平行として、磁気センサ１が配置されている。この磁気センサ１は、センサ取付部材１０に固定的に配置されており、フィードバックレバー８とは一体となって回動しない。図７に角度センサ７−３の要部を斜視図として示す。
【００３１】
なお、この調節弁制御システムでは、磁界発生手段３が可動部材（フィードバックレバー８）に保持され、磁気センサ１が固定部材（センサ取付部材１０）に保持されているが、磁界発生手段３を固定部材に保持し、磁気センサ１を可動部材に保持するような構成とされる場合もある。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の回転角度検出器は、各種部材間の相対的な回転角度を非接触で検出する回転角度検出器として、調節弁制御システムにおける電空ポジショナや液面計など各種の装置に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…磁気センサ、１−１〜１−４…磁気抵抗素子、２…基板、３…磁界発生手段、３−１，３−２…磁石、３−３…ヨーク、４…円、５…上位コントローラ、６…調節弁、６Ａ…駆動部、６Ｂ…弁軸、６Ｃ…弁、７…電空ポジショナ、７−１…電空変換部、７−２…パイロットリレー、７−３…角度センサ、８…フィードバックレバー、９…回転軸、１０…センサ取付部。
【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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