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公開番号2025031143
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023137159
出願日2023-08-25
発明の名称磁気センサとその設計方法、及び組立体
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人
主分類G01D 5/245 20060101AFI20250228BHJP(測定;試験)
要約【課題】磁気センサにおいて、磁石と磁界検出素子の位置ずれによる検出誤差を抑え、磁界検出素子に大きな磁界を印加する。
【解決手段】第1～第4の磁石M1～M4は各々磁界検出素子3に対向する第1～第4の素子対向面S1～S4を有し、第1～第4の素子対向面S1～S4は各々第1～第4の長軸A1～A4を有する細長い形状を有している。第1～第4の長軸A1～A4と平行で、原点0を端部として各々第1～第4象限I～IVを通る直線を第1～第4の仮想線B1～B4とし、第1～第4の仮想線B1～B4が第1象限Iと第4象限IVとの境界線BXに対して反時計回りになす角度をθ1～θ4としたときに、θ1は0度以上90度以下、θ2は90度以上180度以下、θ3は180度以上270度以下、θ4は270度以上360度以下である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
回転中心軸の周りを回転可能で互いの位置関係が固定された第１～第４の磁石と、磁界検出素子と、を有し、
前記回転中心軸と直交し前記回転中心軸が原点を通るＸ－Ｙ座標系において、前記第１～第４の磁石は各々第１～第４象限に位置し、
前記第１～第４の磁石は各々前記磁界検出素子に対向する第１～第４の素子対向面を有し、前記第１～第４の素子対向面は各々第１～第４の長軸を有する細長い形状を有し、
前記第１の素子対向面と前記第２の素子対向面は同じ極性を有し、前記第３の素子対向面と前記第４の素子対向面は前記第１及び第２の素子対向面と異なる極性を有し、
前記第１～第４の長軸と平行で、前記原点を端部として各々前記第１～第４象限を通る直線を第１～第４の仮想線とし、前記第１～第４の仮想線が前記第１象限と前記第４象限との境界線に対して反時計回りになす角度をθ１～θ４としたときに、θ１は０度以上９０度以下、θ２は９０度以上１８０度以下、θ３は１８０度以上２７０度以下、θ４は２７０度以上３６０度以下である磁気センサ。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
θ１は０度を超え９０度未満、θ２は９０度を超え１８０度未満、θ３は１８０度を超え２７０度未満、θ４は２７０度を超え３６０度未満である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
θ１＝１８０度－θ２＝θ３－１８０度＝３６０度－θ４である、請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
θ１は２０度以上５０度以下である、請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１～第４の素子対向面の短辺が前記原点と対向している、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記Ｘ－Ｙ座標系において、前記第１～第４の素子対向面の中心は前記原点を中心とする一つの円の上にある、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁界検出素子は前記回転中心軸を通る、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１～第４の素子対向面は長辺と短辺とを有する矩形であり、前記短辺の長さに対する前記長辺の長さの比は１．２以上２．５以下である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１～第４の磁石の前記第１～第４の素子対向面のそれぞれの裏面に接する一つの軟磁性体を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１～第４の磁石を封止する封止材を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサとその設計方法、及び組立体に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
回転体の回転角度を測定する磁気センサが知られている。特許文献１には、回転軸に取り付けられたロータの周縁部に沿って配置された４つの磁石と、磁石から離れて配置された磁気抵抗効果素子と、を有する磁気センサが開示されている。４つの磁石は２つの組に分けられ、２つの組は回転中心軸と平行な方向からみて、磁界検出素子を挟むように設けられている。２つの組の各々は互いに隣接する２つの磁石を有し、一方の組の磁石の磁界検出素子と対向する面はＮ極であり、他方の組の磁石の磁界検出素子と対向する面はＳ極である。特許文献１には、このように構成された磁気センサは、磁石と磁界検出素子とが取付け上の誤差によって回転中心軸の直交方向にずれた場合も検出誤差が抑えられることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００４－３６１１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された磁気センサは上述の効果を奏するものの、磁界検出素子に印加される磁束密度が小さい。本発明は磁石と磁界検出素子の位置ずれによる検出誤差が抑えられ、磁界検出素子に大きな磁界を印加することのできる磁気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】
【０００５】
磁気センサは、回転中心軸の周りを回転可能で互いの位置関係が固定された第１～第４の磁石と、磁界検出素子と、を有している。回転中心軸と直交し回転中心軸が原点を通るＸ－Ｙ座標系において、第１～第４の磁石は各々第１～第４象限に位置し、第１～第４の磁石は各々磁界検出素子に対向する第１～第４の素子対向面を有し、第１～第４の素子対向面は各々第１～第４の長軸を有する細長い形状を有している。第１の素子対向面と第２の素子対向面は同じ極性を有し、第３の素子対向面と第４の素子対向面は第１及び第２の素子対向面と異なる極性を有している。第１～第４の長軸と平行で、原点を端部として各々第１～第４象限を通る直線を第１～第４の仮想線とし、第１～第４の仮想線が第１象限と第４象限との境界線に対して反時計回りになす角度をθ１～θ４としたときに、θ１は０度以上９０度以下、θ２は９０度以上１８０度以下、θ３は１８０度以上２７０度以下、θ４は２７０度以上３６０度以下である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、磁石と磁界検出素子の位置ずれによる検出誤差が抑えられ、磁界検出素子に大きな磁界を印加することのできる磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る磁気センサの概要図である。
図１に示す磁気センサの第１～第４の磁石の平面図である。
第１～第４の磁石のいくつかの配置例を示す平面図である。
実施形態に係る磁石と他の形式の磁石の比較を示す概要図である。
図４に示す磁石と素子のＺ方向距離Ｈと角度測定誤差との関係を示すグラフである。
角度θ１とＺ方向距離Ｈと角度測定誤差との関係を示すグラフである。
アスペクト比とＺ方向距離Ｈと角度測定誤差との関係を示すグラフである。
角度θ１と磁界強度との関係を示すグラフである。
磁界強度がθ１＝０～９０度の範囲で大きくなる理由を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照して本発明の磁気センサの実施形態について説明する。図１，２は本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の概要図である。図１（ａ）は回転体２と磁気センサ１の斜視図を、図１（ｂ）は回転体２と第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４と磁界検出素子３の側面図を、図２は図１（ｂ）のＡ方向からみた回転体２の端面２１と第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４の平面図を示している。回転体２は特に限定されないが、本実施形態ではモータ４１やエンジン４２の回転シャフト２である。モータ４１またはエンジン４２は回転シャフト２に接続され、回転シャフト２を回転駆動する。磁気センサ１とモータ４１、または磁気センサ１とモータ４１は組立体１００を構成する。
【０００９】
（磁気センサ１の構成）
磁気センサ１は、第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４と、磁界検出素子３と、ヨーク５と、を有している。第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４はヨーク５に支持され、回転シャフト２の回転中心軸Ｃの周りを回転可能である。磁界検出素子３は回転シャフト２及び第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４から離れて設けられている。第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４は好ましくは同じ材料からなり、好ましくは同じ形状と寸法を有している。ヨーク５は一つの軟磁性体からなる板状部材であり、回転シャフト２の端面２１に固定されている。ヨーク５は第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４によって発生する磁界の強度を高める。ヨーク５と回転シャフト２の端面２１との間に他の構造物（図示せず）が介在してもよい。第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４は樹脂製の封止材６で封止されている。第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４は磁力によってヨーク５に吸着され、さらに封止材６で保持されるため互いの位置関係が固定されている。封止材６を用いる代わりに第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４を接着材でヨーク５に固定してもよい。
【００１０】
回転シャフト２の端面２１、すなわち第１～第４の磁石Ｍ１～Ｍ４の取付け面はＸ－Ｙ座標系と平行である。Ｘ－Ｙ座標系のＸ－Ｙ面は回転中心軸Ｃと直交し、回転中心軸ＣがＸ－Ｙ座標系の原点０を通っている。Ｘ軸とＹ軸は回転シャフト２の端面２１と平行であり、互いに直交している。Ｚ軸は回転シャフト２の回転中心軸Ｃと一致し、Ｘ軸及びＹ軸と直交している。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と平行な方向を各々Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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