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专利名称：角度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用霍尔元件的角度检测装置。
背景技术：
在采用霍尔元件的角度传感器中，基 本如图5所示，在由磁铁产生的均匀的磁通量密度B的磁场内设置霍尔元件1，供给规定的电流I，求解输出V，由此，计算磁通量方向和霍尔元件I所形成的角度0。在这种情况下，在霍尔元件I的霍尔系数为K、厚度为d、供给电流为I、磁通量密度为B的基础上，霍尔元件I的输出V通过下式获得。V = (K/d) I B sin 0. . . (I)另外，在专利文献I中公开有采用两个霍尔元件，检知旋转角的旋转角度检测器。现有技术文献专利文献专利文献I JP特开昭62-95402号文献

发明内容
一般来讲，霍尔元件，存在因周围的温度变化等，霍尔系数K等会发生变化，输出V会改变的危险。为此，为了求解下确的角度e，优选采用设置温度检测传感器等来进行温度修正运算。但是，在专利文献I的旋转角度检测器中，可采用两个霍尔元件在某种程度上抵消霍尔系数的温度的影响。该专利文献I的旋转角度检测器的目的在于普通的宽范围的角度检测，针对微小角度的检测，无法以良好的精度进行测定。在该专利文献I中，在应测定的角度0为0附近，一个霍尔元件的角度检测面的朝向为0°方向，另一霍尔元件的朝向为90°方向。在这样的角度传感器中，测定角在0°或90°附近，两个霍尔元件的条件大大不同，所以测定精度差。另外，在专利文献I中，根据两个霍尔元件的输出之比进行测定，但是，在两个输出有大大不同的情况下，这些输出中包括的误差的影响在测定值中较大地呈现出来。本发明的目的在于消除上述问题，提供一种角度检测装置，其采用两个霍尔元件，在测定范围中，使两个霍尔元件的条件一致，进而，根据输出的差分进行计算，由此，进行微小角度的高精度的检测。用于实现上述目的的本发明的角度检测装置，在磁通量密度均匀的磁场内配置霍尔元件，通过该霍尔元件来检测角度0，其特征在于，该角度检测装置具有 第I、第2传感器，沿相对与上述磁通量方向平行的中线以角度+0倾斜的+0轴和-0轴而分别设置的由霍尔元件构成；检测电路，在相对上述磁通量方向上述中线相对倾斜角度9的情况下，求解上述第I、第2传感器的输出Va、Vb ;运算电路，根据该检测电路的输出对tan 0 =tan 4) (Va-Vb) / (Va+Vb)进行运算,求解角度0。利用本发明的角度检测装置，能够采用两个霍尔元件，去除受到温度变化造成的影响的因素，通过霍尔元件的输出的差分来求解角度，特别是能够较优地实施微小的角度测定。


图I为实施例的结构图。图2为放大图。
图3为电路结构图。图4为原理性的说明图。图5为采用霍尔元件的角度传感器的基本结构图。附图标记说明11 :磁铁保持体；12 :轴杆；13a、13b :磁铁；14 :V形槽；15a :第I传感器；15b 第2传感器;16a、16b :检测电路；17 :运算电路；18 :显不电路；19 :电流供给电路。
具体实施例方式根据图I 图4所示的实旋例，详细说明本发明。在实施例的角度检测装置中，如图I所示，相对周围的固定的磁铁保持体11，测定中心的轴杆12的旋转角0，例如，轴杆12将液面计的浮子的上下运动作为微小的旋转角度的位移而进行检测。在由导磁性材料形成的磁铁保持体11中，安装一对磁铁13a、13b，并在磁铁13a、13b之间形成基于从N极朝向S极的平行磁通量的均匀磁场。在轴杆12上开设V形槽14，如图2的放大图所示，轴杆12的V形槽14的两条斜边，以中线N为中心，在其两侧，按照角度土小(小在90°以下，优选为10° 15° )倾斜。在V形槽14的两条斜边上，分别经由衬底或直接地安装有由霍尔元件构成的第I传感器15a、第2传感器15b。在第I、第2传感器15a、15b中，将使作为磁通量检测面的平面平行于V形槽14的斜边，例如，与未图示的传感器电路衬底一起粘接。沿该+0轴、-0轴分别配置第I传感器15a、第2传感器15b的磁通量检测面。另外，使中线N与磁通量平行的情况下轴杆12的角度9变为O。另外，磁铁保持体11和轴杆12的关系也可是相对的，磁铁保持体11旋转，轴杆12固定。图3为电路结构图，经由搭载于第I传感器15a、第2传感器15b的衬底上的传感器电路的输出Va、Vb分别经由检测电路16a、16b，与运算电路17连接，进一步与显示电路18连接。另外，从电流供给电路19向第I传感器15a、第2传感器15b的传感器电路供给定电流I。图4为原理性的说明图，如果在磁通量密度B均匀的磁场内，使轴杆12如图4所示，按照小于角度$的角度9旋转，则在Ka、Kb表示相应的霍尔系数，da、db表示厚度，I表不供给电流，B表不磁通量密度时,则根据⑴式,对于第I、第2传感器15a、15b的输出Va、Vb，分别由下述的(2)、(3)式表示。Va = (Ka/da) I B sin ((J) + 0 ). . . (2)
Vb = (Kb/db) I B sin ( - 9 ). . . (3)如果在该⑵、⑶式中，代入sin ( a 土 @ ) = sin a cos ^ ±cos a sin ^的三角公式，则获得下述的(2)’、(3)’。Va = (Ka/da) I B (sin cos 0 +cos sin 0 ) (2)，Vb = (Kb/db) I B (sin cos 0 —cos sin 0 )…(3)，在这里，如果求解输出Va、Vb的差Va_Vb,则形成下面的(4)式，如果求解输出Va、Vb的和Va+Vb，则形成下述的式(5)。Va-Vb = 2 (Ka/da) I B cos sin 0... (4)Va+Vb = 2 (Kb/db) I B sin cos 0. . . (5)如果霍尔元件为相同种类，则通常Ka = Kb, da = db。但是，霍尔系数Ka、Kb、厚度da、db严格地说稍有不同，即使在轴杆12的中线N与磁通量方向一致的0 = 0的情况下，也有Va古Vb。在这种情况下,在0 = 0的状态，即，零点调整中，求解第I传感器15a和第2传感器15b的输出Va、Vb，按照Va = Vb的方式对常数进行修正，进行正规化处理。如果这样对输出Va、Vb进行正规化处理，求解(Va-Vb) / (Va+Vb)，则获得下述的
(6)、(7)式。(Va-Vb) / (Va+Vb) = (cos sin 0)/ (sin cos 0 )= tan 0 /tan. . . (6)... tan 0 = tan (Va-Vb) / (Va+Vb)... (7)这样，在(7)式中，第I、第2传感器15a、15b的霍尔系数Ka、Kb、厚度da、db、供给电流I、磁通量密度B相抵消。但是，即使对输出Va、Vb进行正规化处理，也有时霍尔系数Ka、Kb由于温度而改变，该影响还波及(7)式的测定值。由此，如果调查各自的霍尔元件的温度特性，选择并采用温度系数近似的、成对的霍尔元件，则可进一步减少第I、第2传感器15a、15b的温度变化造成的影响。此外，由于tanct为常数，故基于输出Va、Vb的(7)式的运算获得tan 9，能够根据三角函数表等求解角度0。另外，如果角度0为足够微小的角，由于sin0N0、COS0N1，故有tan 0 = 0，根据(7)式而得到下述的(7)’。9 = tan (Va-Vb) / (Va+Vb)... (7)，另外，在第I、第2传感器15a、15b的输出Va、Vb中，有时与⑵”、(3)”式那样的 磁通量密度无关、与供给电流I有关的偏置电压0a、0b重叠。Va = (Ka/d) I B sin (￠+9) +Oa (2) ”Vb = (Kb/d) I B sin ( - 9 ) +Ob…(3) ”在这种情况下，在去除磁铁13a、13b的磁通量密度为0的无磁场状态下，通过将电流I供给到第I、第2传感器15a、15b，能够求解偏置电压0a、0b。因此，预先从预输出Na、Vb中扣除该偏置电压0a、Ob即可。
权利要求
1.一种角度检测装置，在磁通量密度均匀的磁场内配置霍尔元件，通过该霍尔元件来检测角度e，其特征在于，该角度检测装置具有第I、第2传感器，沿相对与上述磁通量方向平行的中线以角度±0倾斜的+0轴和-0轴而分别设置的由霍尔元件构成；检测电路，在相对上述磁通量方向上述中线相对倾斜角度e的情况下，求解上述第I、第2传感器的输出Va、Vb ;运算电路,根据该检测电路的输出对tan 0 = tan (Va-Vb) / (Va+Vb)进行运算，求解角度9。
2.根据权利要求I所述的角度检测装置，其特征在于，上述+0轴、-0轴为V形槽的两条斜边。
3.根据权利要求I或2所述的角度检测装置，其特征在于，在上述角度0为微小角的情况下，设tan0_0。
4.根据权利要求I 3中任何一项所述的角度检测装置，其特征在于，在上述中线与上述磁通量方向一致的Q = O的状态,按照上述输出Va、Vb为Va = Vb的方式进行零点调MiF. O
5.根据权利要求I 4中任何一项所述的角度检测装置，其特征在于，在无磁场状态，按照上述输出Va、Vb为Va = Vb = O的方式对输出Va、Vb中包含的偏置电压进行修正。
全文摘要
本发明的角度检测装置的目的在于通过运算，去除受到温度变化造成的影响的因素，实施正确的角度测定。轴杆(12)的V形槽(14)的两条斜边在以中线N为中心的两侧，按照角度±φ倾斜，在两条斜边上，安装霍尔元件的传感器(15a，15b)。在均匀的磁通量密度B的磁场内，如果按照角度θ使轴杆(12)旋转，则对于传感器(15a，15b)的输出Va、Vb，在Ka、Kb表示霍尔系数、da、db表示厚度、I表示供给电流时，Va＝(Ka/da)·I·B·sin(φ+θ)＝(Ka/da)·I·B·(sinφ·cosθ+cosφ·sinθ)，Vb＝(Kb/d)·I·B·sin(φ-θ)＝(Kb/db)·I·B·(sinφ·cosθ-cosφ·sinθ)。(Va-Vb)/(Va+Vb)＝(cosφ·sinθ)/(sinφ·cosθ)＝tanθ/tanφ，tanθ＝tanφ·(Va-Vb)/(Va+Vb)，可在与Ka、Kb、da、db、I、B无关的情况下求出tanθ。
文档编号G01D3/036GK102735159SQ201110198670
公开日2012年10月17日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年4月4日
发明者上月健次, 嘉山长兴, 荒井由太郎 申请人:东京计装株式会社