JP2001304806A - 非接触式回転角センサのセンサコア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転角センサの小型化と出力特性の直線性確保
との両立を図ること。 【解決手段】非接触式回転角センサに使用されるセンサ
コア１４は、磁性材料よりなるアウタコア２７と、アウ
タコア２７の内側において同一軸線上に配置され、磁性
材料により円板状に形成されるインナコア２９と、アウ
タコア２７の内周面２７ｂとインナコア２９の外周面２
９ｅとの間に設けられた第１のエアギャップ３１と、ア
ウタコア２７の径方向に延びて第１のエアギャップ３１
に連続する第２のエアギャップ３２と、インナコア２９
の装着用ギャップ３３に装着され板厚方向に着磁された
板状マグネット３０とを備える。アウタコア２７の内周
面２７ｂには、第２のエアギャップ３２に近付くに連れ
て第１のエアギャップ３１の寸法が段階的に大きくなる
ように段差が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、対象物の回転角
を検出するのに使用される回転角センサに係る。特に詳
しくは、対象物の回転角を磁力変化に置き換えて非接触
に検出するようにした非接触式回転角センサに使用され
るセンサコアに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ポテンショメータを使用した
接触式回転角センサが知られている。ポテンショメータ
は抵抗素子上でワイパを摺動させて電気的抵抗を可変と
するものである。従って、抵抗素子とワイパとの摺動部
に摩耗粉が生じることがあり、その摩耗粉が原因で抵抗
値が誤検出されるおそれがあった。又、摺動部の摩擦抵
抗が検出対象物の動作抵抗となることがあり、対象物の
動作応答性に影響を与えることがあった。

【０００３】そこで、上記接触式回転角センサの不具合
を解消するものとして、摺動部材を持たずに対象物の回
転角を磁力変化に置き換えて非接触に検出する非接触式
回転角センサが幾つか提案されている。その一つが、本
願出願人による先の出願（特願平１１−３２０７８５
号）の明細書に提案されている。

【０００４】先の出願の明細書に記載された非接触式回
転角センサ及びそのセンサコアは、生産性及び部品組付
性の向上と、センサによる回転角検出精度の向上を目的
として開発されたものである。図１８，１９にその非接
触式回転角センサのセンサコアの特徴的概念を平面図に
示す。このセンサコア６１は、アウタコア６２、インナ
コア６３及び板状マグネット６４を備える。アウタコア
６２は、磁性材料により環状に形成される。インナコア
６３は、アウタコア６２の内側において同一軸線上に配
置され、磁性材料により円板状に形成される。アウタコ
ア６２とインナコア６３との間には、インナコア６３の
外周面に沿って均一な第１のエアギャップ６５が設けら
れる。アウタコア６２には、その径方向に延びる一対の
第２のエアギャップ６６が設けられる。第２のエアギャ
ップ６６には、ホールＩＣ等の磁力検出手段６７が配置
される。板状マグネット６４は、インナコア６３の直径
とほぼ同じ長さで板状に形成され、その板厚の方向に着
磁される。インナコア６３には、その直径方向に延びる
装着用ギャップ６８が設けられる。このギャップ６８に
板状マグネット６４が装着される。インナコア６３及び
板状マグネット６４は、所定の入力軸と一体に回転され
る。

【０００５】上記センサコア６１の構成によれば、第１
のエアギャップ６５を通じてインナコア６３、板状マグ
ネット６４及びアウタコア６２の間に磁界が形成され
る。そして、入力軸と共にインナコア６３及び板状マグ
ネット６４が一体的に回転して上記磁界が回転すること
により、アウタコア６２の第２のエアギャップ６６に配
置される磁力検出手段６７を通る磁束密度が変わり、そ
の磁束密度の変化が入力軸の回転角として検出されるこ
とになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
センサコア６１では、板状マグネット６４が板厚方向に
着磁されることから、インナコア６３、板状マグネット
６４及びアウタコア６２の間で形成される磁界の磁束密
度について、板状マグネット６４の部位の違いにより多
少の偏りが存在していた。このため、インナコア６３及
び板状マグネット６４が一体回転するときの回転角に対
する磁力検出手段６７の出力特性について所定の直線性
を保つために、第１のエアギャップ６５の寸法にある程
度の余裕が与えられていた。第１のエアギャップ６５の
寸法は、磁力検出手段６７が必要とする所定の磁束密度
を確保するために、インナコア６３及び板状マグネット
６４の寸法から決定されていた。

【０００７】又、板状マグネット６４が板厚方向に着磁
されることから、インナコア６３、板状マグネット６４
及びアウタコア６２の間で形成される磁界の磁束分布に
つき、板状マグネット６４の両端付近で磁束密度が特に
高くなる傾向があり、上記磁界全体として磁束分布に不
均一が生じる傾向があった。

【０００８】ここで、回転角センサの小型化を図るため
にセンサコア６１を小型化する必要があり、そのために
アウタコア６２、インナコア６３及び板状マグネット６
４等の部品を小型化する必要がある。又、各部品６２〜
６４を小型化する分だけ第１のエアギャップ６５及び第
２のエアギャップ６７を小さくしなければならない。と
ころが、第１のエアギャップ６５を単に小さくしただけ
では、磁力検出手段６７による出力特性の直線性が悪化
することになり、センサコア６１及びそれを使用した回
転角センサの小型化と、出力特性の直線性を確保するこ
との両立を図ることが困難になっていた。

【０００９】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、小型化と出力特性の直線性確保
との両立を図ることを可能にした非接触式回転角センサ
のセンサコアを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、対象物の回転角を磁力変
化に置き換えて非接触に検出するようにした非接触式回
転角センサのセンサコアであって、磁性材料により環状
に形成されたアウタコアと、アウタコアの内側において
同一軸線上に配置され、磁性材料により円板状に形成さ
れると共にその直径方向に延びる装着用ギャップを含む
インナコアと、アウタコアの内周面とインナコアの外周
面との間に設けられた第１のエアギャップと、アウタコ
アにおいてその径方向に延び、第１のエアギャップに連
続する第２のエアギャップと、インナコアの直径以下の
長さで板状に形成され、その板厚の方向に着磁された板
状マグネットと、板状マグネットがインナコアの装着用
ギャップに装着されることによりロータが構成されこと
と、第２のエアギャップに近付くに連れて第１のエアギ
ャップの寸法が変化するようにアウタコアの内周面形状
が設定されることとを備えたことを趣旨とする。

【００１１】上記発明の構成において、ロータは回転角
を検出するための対象物に連結される。そして、ロータ
が対象物の回転に伴いアウタコアの中で回転することに
より、第１のエアギャップを通じてインナコア、板状マ
グネット及びアウタコアの間で形成される磁界が回転す
る。この磁界の回転によりアウタコアの第２のエアギャ
ップを通る磁束密度が変化し、その磁束密度の変化が対
象物の回転角の大きさに相関することになる。ここで、
板状マグネットはその板厚方向に着磁されることから、
板状マグネットの部位の違いにより、上記回転される磁
界の磁束密度に多少の偏りがある。これに対して、上記
発明の構成によれば、第１のエアギャップの寸法が、第
２のエアギャップに近付くに連れて変化するようにアウ
タコアの内周面形状が設定される。従って、第１のエア
ギャップの寸法を全体的に小さくしても、第２のエアギ
ャップに近付くに連れて上記回転磁界の磁束密度の偏り
が解消され、第２のエアギャップを通る磁束密度の変化
が調整される。

【００１２】上記目的を達成するために、請求項２に記
載の発明は、請求項１に記載の発明において、第２のエ
アギャップに近い位置で第１のエアギャップの寸法が相
対的に大きくなるようにアウタコアの内周面形状が設定
されることを趣旨とする。

【００１３】上記発明の構成によれば、第１のエアギャ
ップの寸法が、第２のエアギャップに近い位置で相対的
に大きくなるようにアウタコアの内周面形状が設定され
る。従って、請求項１に記載の発明の作用において、特
に第２のエアギャップに近い位置で、上記回転磁界の磁
束密度の偏りが解消され、同エアギャップを通る磁束密
度の変化が調整される。

【００１４】上記目的を達成するために、請求項３に記
載の発明は、請求項２に記載の発明において、第２のエ
アギャップに近付くに連れて第１のエアギャップの寸法
が段階的に大きくなるようにアウタコアの内周面に段差
が設けられたことを趣旨とする。

【００１５】上記発明の構成によれば、第１のエアギャ
ップの寸法が、第２のエアギャップに近付くに連れて段
階的に大きくなるようにアウタコアの内周面に段差が設
けられる。従って、請求項２に記載の発明の作用におい
て、特に第２のエアギャップに近付くに連れて、上記磁
束密度の偏りが段階的に解消され、第２のエアギャップ
を通る磁束密度の変化が調整される。

【００１６】上記目的を達成するために、請求項４に記
載の発明は、請求項２に記載のセンサコアにおいて、第
２のエアギャップに近付くに連れて第１のエアギャップ
の寸法が連続的に大きくなるようにアウタコアの内周面
をテーパ形状にしたことを趣旨とする。

【００１７】上記発明の構成によれば、第１のエアギャ
ップの寸法が、第２のエアギャップに近付くに連れて連
続的に大きくなるようにアウタコアの内周面がテーパ形
状とされる。従って、請求項２に記載の発明の作用にお
いて、特に第２のエアギャップに近付くに連れて、上記
磁束密度の偏りが連続的に解消され、第２のエアギャッ
プを通る磁束密度の変化が調整される。

【００１８】上記目的を達成するために、請求項５に記
載の発明は、請求項２に記載のセンサコアにおいて、第
２のエアギャップに近付くに連れて第１のエアギャップ
の寸法が連続的に大きくなるようにアウタコアの内周面
を楕円形状にしたことを趣旨とする。

【００１９】上記発明の構成によれば、第１のエアギャ
ップの寸法が、第２のエアギャップに近付くに連れて連
続的に大きくなるようにアウタコアの内周面が楕円形状
とされる。従って、請求項２に記載の発明の作用におい
て、特に第２のエアギャップに近付くに連れて、上記磁
束密度の偏りが連続的に解消され、第２のエアギャップ
を通る磁束密度の変化が調整される。

【００２０】上記目的を達成するために、請求項６に記
載の発明は、対象物の回転角を磁力変化に置き換えて非
接触に検出するようにした非接触式回転角センサのセン
サコアであって、板状に形成され、その板厚の方向に着
磁された板状マグネットと、磁性材料により略半円板状
に形成された一対のコアピースを含み、各コアピースの
直径が板状マグネットの長さより大きく設定されたイン
ナコアと、板状マグネットが一対のコアピースに挟まれ
ることによりロータを構成することと、ロータの外側に
おいて同一軸線上に配置され、磁性材料により環状に形
成されたアウタコアと、アウタコアの内周面とインナコ
アの外周面との間に設けられた第１のエアギャップと、
アウタコアにおいてその径方向に延び、第１のエアギャ
ップに連続する第２のエアギャップと、各コアピースの
両端に形成され、各コアピースの外周面から前記挟まれ
た板状マグネットの端面へ向かって傾斜するテーパ面と
を備えたことを趣旨とする。

【００２１】上記発明の構成において、板状マグネット
がその板厚の方向に着磁されることから、インナコア、
板状マグネット及びアウタコアの間で形成される磁界の
磁束分布につき、板状マグネットの両端付近で磁束密度
が特に高くなる傾向がある。これに対して、上記発明の
構成によれば、各コアピースの両端に、各コアピースの
外周面から、両コアピースに挟まれた板状マグネットの
端面へ向かって傾斜するテーパ面が形成される。従っ
て、板状マグネットの両端付近における磁束密度の増大
が抑えられ、上記磁界全体における磁束分布が均等化さ
れる。

【００２２】上記目的を達成するために、請求項７に記
載の発明は、請求項６に記載の発明において、第２のエ
アギャップに近い位置において第１のエアギャップの寸
法が相対的に大きくなるようにアウタコアの内周面形状
が設定されることを趣旨とする。

【００２３】上記発明の構成によれば、第１のエアギャ
ップの寸法が、第２のエアギャップに近い位置で相対的
に大きくなるようにアウタコアの内周面形状が設定され
る。従って、請求項６に記載の発明の作用において、特
に第２のエアギャップに近い位置で、上記回転磁界の磁
束密度の偏りが解消され、同エアギャップを通る磁束密
度の変化が調整される。

【００２４】上記目的を達成するために、請求項８に記
載の発明は、請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載
のセンサコアを使用した非接触式回転角センサであっ
て、アウタコアを固定するためのベースと、第２のエア
ギャップに設けられ、ロータの回転に応じた磁力変化を
検出するための磁力検出手段とを備え、ロータが対象物
に連結されるものであることを趣旨とする。

【００２５】上記発明の構成によれば、請求項１乃至請
求項７の何れか一つに記載の発明の作用に加え、ベース
に固定されたアウタコアの第２のエアギャップにおいて
磁力検出手段を通る磁束密度が変わり、その磁束密度の
変化に相関した磁力変化が対象物の回転角として磁力検
出手段により検出される。

【００２６】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の非接触式回転角センサ及びそのセンサコアを具体化
した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明す
る。

【００２７】図５に非接触式回転角センサ１１を適用し
たスロットルボディ１２の断面構造を示す。この回転角
センサ１１は、自動車用エンジンにおいて、スロットル
バルブ１３を対象物としてその開度を検出するためのス
ロットルセンサとして使用されるものである。回転角セ
ンサ１１は、スロットルバルブ１３の回転角を磁力変化
に置き換えて非接触に検出するセンサコア１４を含むも
のである。

【００２８】スロットルボディ１３に形成された吸気通
路１５には、スロットルバルブ１３がスロットル軸１６
を中心に回転可能に支持される。スロットルボディ１２
に設けられたモータ１７の出力軸１７ａは、ドライブギ
ア１８、カウンタギア１９及びスロットルギア２０を介
してスロットル軸１６に駆動連結される。回転角センサ
１１は、スロットルボディ１２に取り付けられた非磁性
材料（例えば「樹脂」）よりなるカバー２１に装着され
る。

【００２９】図６に回転角センサ１１の分解斜視図を示
す。図５，６に示すように、回転角センサ１１は、カバ
ー２１に固定されたベースとしての基板２５と、その基
板２５に固定された磁力検出手段としての一対のホール
ＩＣ２６と、同じく基板２５に固定されたセンサコア１
４とを備える。基板２５には略環状の凸部２５ａが形成
されており、各ホールＩＣ２６はこの凸部２５ａに対し
てピン２６ａにより固定され、基板２５に対して電気的
に接続される。センサコア１４は、略筒状に形成された
アウタコア２７と、そのアウタコア２７の内側に組み付
けられたロータ２８とを含む。アウタコア２７は、上記
凸部２５ａに嵌合され固定される。ロータ２８は、略円
柱状に一体的に組み付けられたインナコア２９及び板状
マグネット３０を含む。インナコア２９は略半円板状に
形成された一対のコアピース２９Ａ，２９Ｂを含む。板
状マグネット３０は、両コアピース２９Ａ，２９Ｂに挟
まれて固定される。図６において、各コアピース２９
Ａ，２９Ｂの上端面には円弧状をなす凸部２９ａがそれ
ぞれ形成される。図５に示すように、これら凸部２９ａ
が一対をなしてスロットル軸１６の一端部に固定される
ことにより、センサコア１４がスロットル軸１６に連結
される。

【００３０】図１にセンサコア１４の平面図を、図２に
図１の２−２線に沿った断面図を示す。図１，２のイン
ナコア２９は、前述した凸部２９ａが省略して示され
る。前述したようにセンサコア１４は、アウタコア２７
と、インナコア２９及び板状マグネット３０より構成さ
れるロータ２８とを備える。アウタコア２７の内周面と
インナコア２９の外周面との間には、略環状をなす第１
のエアギャップ３１が設けられる。

【００３１】アウタコア２７は、軟質磁性材料により平
面略環状に形成される。この実施の形態では、軟質磁性
材料として純鉄焼結材を使用するが、ケイ素鋼、鉄−ニ
ッケル合金、鉄−コバルト合金等を使用することもでき
る。アウタコア２７はその径方向に延びる一対をなす第
２のエアギャップ３２を含む。これらエアギャップ３２
は、アウタコア２７において１８０°の回転対称となる
二つの位置に配置され、第１のエアギャップ３１に連続
する。アウタコア２７は、第２のエアギャップ３２の部
位に対応して互いに対向する一対のリブ２７ａを含む。
これら第２のエアギャップ３２には、前述したホールＩ
Ｃ２６が配置される。周知のようにホールＩＣ２６は、
ホール効果を利用したホール素子を含むものであり、一
定電流下で電圧を測定して磁力の大きさを含む磁界を検
出するものである。

【００３２】インナコア２９は、アウタコア２７の内側
において同一軸線上に配置される。インナコア２９は、
軟質磁性材料よりなる半円板状の二つのコアピース２９
Ａ，２９Ｂにより円板状に形成される。軟質磁性材料と
して、アウタコア２７で挙げられた材料を使用すること
ができる。二つのコアピース２９Ａ，２９Ｂの間には、
板状マグネット３０を装着する装着用ギャップ３３が設
けられる。この装着用ギャップ３３は、インナコア２９
の直径方向に沿って延び、所定幅をもって対向する一対
の内壁面２９ｂ，２９ｃにより定められる。

【００３３】板状マグネット３０は、インナコア２９の
直径よりも短い長さで板状に形成され、その板厚の方向
に着磁されたものである。板状マグネット３０は、上記
装着用ギャップ３３の二つの内壁面２９ｂ，２９ｃに接
合される板面３０ａ，３０ｂを有する。板状マグネット
３０の板厚は装着用ギャップ３３の幅と同じ大きさに設
定される。本実施の形態では、板状マグネット３０とし
て、サマリウムコバルト、フェライト又はネオジム等の
材料が使用される。図１，２に示すように、板状マグネ
ット３０が装着用ギャップ３３において両コアピース２
９Ａ，２９Ｂに挟まれることによりロータ２８が構成さ
れる。

【００３４】この実施の形態のセンサコア１４は、第１
のエアギャップ３１とインナコア２９の構成の点で特徴
的である。その特徴を図３，４を参照して説明する。図
３にはセンサコア１４の特徴的構成を平面図に示す。図
４には、図３の主要部を拡大して示す。図３において、
アウタコア２７及びロータ２８は、アウタコア２７の二
つの第２のエアギャップ３２を通る直線Ｌ１と、ロータ
２８の板状マグネット３０の長さ方向を通る直線Ｌ２と
が直交する状態で配置される。

【００３５】この状態でインナコア２９を構成する各コ
アピース２９Ａ，２９Ｂの両端には、それぞれテーパ面
２９ｄが形成される。これらテーパ面２９ｄは、各コア
ピース２９Ａ，２９Ｂの外周面から、両コアピース２９
Ａ，２９Ｂに挟まれた板状マグネット３０の端面へ向か
って傾斜するものである。このテーパ面２９ｄは、コア
ピース２９Ａ，２９Ｂの内壁面２９ｂ，２９ｃと所定の
テーパ角θｔをなす。この実施の形態では、テーパ角θ
ｔとして「４５°」が適用される。このテーパ角θｔは
「４０〜６０°」の範囲の値で適宜設定することができ
る。テーパ面２９ｄの長さは、この実施の形態では、イ
ンナコア２９の半径の「約４０％」の長さに設定され
る。

【００３６】第１のエアギャップ３１はインナコア２９
の外周面とアウタコア２７の内周面との間に形成される
ものである。図４に示すように、この実施の形態で、第
１のエアギャップ３１は、上記テーパ面２９ｄを除く各
コアピース２９Ａ，２９Ｂの外周面２９ｅと、アウタコ
ア２７の内周面２７ｂとの間に形成される。第１のエア
ギャップ３１は、概略的には、第２のエアギャップ３２
に近付くに連れてその寸法が変化するように設定され
る。この実施の形態では、第１のエアギャップ３１は、
第２のエアギャップ３２に近い位置でその寸法が他の位
置よりも相対的に大きくなるように設定される。この実
施の形態では、アウタコア２７の内周面形状を所定の形
状に設定することにより、第１のエアギャップ３１の形
状的な設定がなされる。具体的には、第１のエアギャッ
プ３１は、第２のエアギャップ３２に近付くに連れてそ
の寸法が段階的に大きくなるようにアウタコア２７の内
周面２７ｂの一部に段差が設けられる。

【００３７】図３，４において、アウタコア２７の内周
面２７ｂが各コアピース２９Ａ，２９Ｂの外周面２９ｅ
と対向する範囲を直線Ｌ１を基準とする有効範囲角θ０
と定義する。この有効範囲角θ０内において、第２のエ
アギャップ３２に近い範囲から順に第１の範囲角θ１、
第２の範囲角θ２及び第３の範囲角θ３と定義する。そ
して、この実施の形態では、図３，４において、第２の
エアギャップ３２に近い第１の範囲角θ１における第１
の曲率を「Ｓ１」、第２のエアギャップ３２から離れた
第３の範囲角θ３における第３の曲率を「Ｓ２」とする
と、「Ｓ１＜Ｓ２」となるように、且つ、第２の範囲角
θ２でテーパとなるようにアウタコア２７の内周面形状
が設定される。ここで「曲率」とは、曲線または曲面上
の各点における、その曲線または曲面のまがりの程度を
示す値を意味し、曲率半径の逆数で示す。曲率が大きい
ほど湾曲は大きくなる。上記のような内周面形状は、図
１に破線で示すようにアウタコア２７の４個のリブ２７
ａに隣接する４つの部位においてそれぞれ設定される。

【００３８】図３，４に示すように、この実施の形態で
は、第１のエアギャップ３１につき、第３の範囲角θ３
における寸法Ｇ３が「０．５ｍｍ」に、第１の範囲角θ
１における寸法Ｇ１が「０．８５ｍｍ」に設定される。
第１の範囲角θ１として、「２５〜３５°」の範囲の値
に設定することができる。第１の範囲角θ１と第２の範
囲角θ２とを合わせた角度として、「４０〜５０°」の
範囲の値に設定することができる。

【００３９】以上説明したようにこの実施の形態の回転
角センサ１１の構成によれば、センサコア１４を構成す
るインナコア２９、板状マグネット３０及びアウタコア
２７の間には、図７（ａ）に破線で示すように磁界が形
成される。

【００４０】ここで、ロータ２８は回転角の検出対象で
あるスロットルバルブ１３のスロットルバルブ軸１６に
連結される。従って、ロータ２８がスロットルバルブ１
３の回転に伴いアウタコア２７の中で回転することによ
り、それに伴い図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に破線で示すよ
うに磁界が回転することになる。この磁界の回転により
アウタコア２７の二つの第２のエアギャップ３２を通る
磁束密度が変化し、その磁束密度の変化がスロットルバ
ルブ１３の回転角の大きさに相関する値として各ホール
ＩＣ２６により検出される。各ホールＩＣ２６は、この
磁束密度の変化を電圧変化に置き換えて出力する。この
実施の形態の回転角センサ１１によれば、所定の検出範
囲でスロットルバルブ１３の回転角を検出することがで
き、その範囲で直線的な出力特性を得ることができる。

【００４１】ここで、板状マグネット３０はその板厚の
方向に着磁されることから、板状マグネット３０の部位
の違いにより、上記回転される磁界の磁束密度に多少の
偏りが存在する。これに対して、本実施の形態のセンサ
コア１４を含む回転角センサ１１の構成によれば、第１
のエアギャップ３１の寸法が、二つの第２のエアギャッ
プ３２のそれぞれに近付くに連れて変化するようにアウ
タコア２７の内周面形状が設定される。特に、第１のエ
アギャップ３１の寸法が、各第２のエアギャップ３２に
近い位置で相対的に大きくなるようにアウタコア２７の
内周面形状が設定される。より具体的には、第１のエア
ギャップ３１の寸法が、各第２のエアギャップ３２に近
付くに連れて段階的に大きくなるようにアウタコア２７
の内周面に段差が設けられる。従って、第１のエアギャ
ップ３１の寸法を全体的に小さくしても、第２のエアギ
ャップ３２に近付くに連れて上記回転される磁界の磁束
密度の偏りが段階的に解消され、同エアギャップ３２を
通る磁束密度の変化が調整される。この結果、回転角セ
ンサ１１を小型化してもセンサとしての出力特性の直線
性を確保することができ、センサコア１４及びそれを使
用した回転角センサ１１の小型化と出力特性の直線性確
保との両立を図ることができるようになる。

【００４２】この実施の形態の回転角センサ１１の構成
において、板状マグネット３０がその板厚の方向に着磁
されることから、インナコア２９、板状マグネット３０
及びアウタコア２７の間で形成される磁界の磁束分布に
つき、板状マグネット３０の両端付近で磁束密度が特に
高くなる傾向がある。これに対して、この回転角センサ
１１のセンサコア１４では、各コアピース２９Ａ，２９
Ｂの両端に、各コアピース２９Ａ，２９Ｂの外周面２９
ｅから、両コアピース２９Ａ，２９Ｂに挟まれた板状マ
グネット３０の端面へ向かって傾斜するテーパ面２９ｄ
が形成される。従って、板状マグネット３０の両端付近
における磁束密度の増大が抑えられ、上記磁界全体にお
ける磁束分布が均等化される。この意味で、回転角セン
サ１１の出力特性の直線性をより一層向上させることが
でき、延いては、センサコア１４及び回転角センサ１１
の更なる小型化に寄与することができる。

【００４３】図８には、回転角センサの出力特性をグラ
フに示す。このグラフにおいて横軸は回転角（deg）を
示し、縦軸はホールＩＣ２６からの出力電圧（Ｖ）を示
す。このグラフにおいて、実線は、同図（ａ）に示すよ
うに、インナコア２９のコアピース２９Ａ，２９Ｂの両
端にテーパ面２９ｄがあり、アウタコア２７の内周面２
７ｂに段差がある本実施の形態のセンサコア１４を使用
した回転角センサ１１の出力結果を示す。一方、破線
は、同図（ｂ）に示すように、インナコアのコアピース
の両端にテーパ面がなく、アウタコアの内周面に段差が
ない従来のセンサコアを使用した回転角センサの出力結
果を示す。このグラフからも明らかなように、本実施の
形態のセンサコア１４を使用した回転角センサ１１で
は、小さい回転角から大きい回転角までの全範囲で出力
電圧が直線的に変化する。これに対し、従来のセンサコ
アを使用した回転角センサでは、小さめの回転角及び大
きめの回転角で出力電圧が曲線的に変わることになる。
このことから、本実施の形態のセンサコア１４を使用し
た回転角センサ１１につき、センサとしての出力特性の
直線性を確保することができ、スロットルバルブ１３の
回転角（スロットル開度）を精度良く検出できることが
分かる。

【００４４】図９には、センサコアで形成される磁束密
度の特性をグラフに示す。このグラフにおいて、横軸は
図１０に示すようにロータ４０の外周半分に渡って順次
設定された測定ポイントを示す。ロータ４０は、一対の
コアピース４１Ａ，４１Ｂの間に板状マグネット４２を
挟んで構成される。縦軸は、各測定ポイントにおける磁
束密度を示す。図９のグラフにおいて、実線は、同図
（ａ）に示すように、インナコア２９のコアピース２９
Ａ，２９Ｂの両端にテーパ面２９ｄがあるロータ２８を
使用した本実施の形態のセンサコア１４の測定結果を示
す。一方、破線は、同図（ｂ）に示すように、インナコ
アのコアピースの両端にテーパ面がない従来のセンサコ
アの測定結果を示す。

【００４５】このグラフからも明らかなように、本実施
の形態のセンサコア１４の方が従来例のセンサコアに比
べて磁束密度の均等分布範囲が広くなることが分かる。
このことから、本実施の形態のセンサコア１４を使用し
た回転角センサ１１につき、センサとしての出力特性の
直線性に有利となることが分かる。

【００４６】この実施の形態の回転角センサ１１によれ
ば、アウタコア２７において回転対称となる二つの位置
に設けられた第２のエアギャップ３２に合計二つのホー
ルＩＣ２６が配置されることから、その一つが故障して
も他のものを磁束密度の検出に使用することが可能とな
る。このため、回転角センサ１１にフェイルセーフ機能
を持たせることができ、その信頼性を向上させることが
できる。

【００４７】上記のように本実施の形態では、センサコ
ア１４の部分に摺動部分を持たない非接触式回転センサ
１１であることから、従来の接触式回転角センサのよう
に摺動部分の摩耗粉が原因で誤検出を起こすようなこと
がなく、その意味でセンサとしての信頼性を長期間維持
することができる。加えて、従来の接触式回転センサの
ように摺動部の摩擦抵抗が検出対象物の動作抵抗となる
ようなことがない。このため、スロットルセンサとして
使用される回転角センサ１１によって、検出対象である
スロットルバルブ１３の動作応答性を低下させるような
ことがない。

【００４８】［第２の実施の形態］次に、本発明の非接
触式回転角センサ及びそのセンサコアを具体化した第２
の実施の形態を図面を参照して説明する。尚、以下に説
明する各実施の形態において、前記第１の実施の形態と
同じ構成部材については同一の符号を付して説明を省略
する。以下には、他の実施の形態と異なった点を中心に
説明する。

【００４９】図１１に回転角センサに使用されるセンサ
コア４５の平面図を、図１２に図１１の１２−１２線に
沿った断面図を示す。図１３にセンサコア４５の裏側斜
視図を示す。この実施の形態では、アウタコア４６のリ
ブ４６ａの形状の点で第１の実施の形態のセンサコア１
４と構成が異なる。ロータ２８及び図１１に破線で囲ま
れる特徴部分の構成については前記センサコア１４のそ
れと同じである。図１１〜１３に示すように、この実施
の形態のアウタコア４６の各リブ４６ａは、前記アウタ
コア２７の各リブ２７ａに比べて幅が広くなり、その中
心に位置決め用の貫通孔４６ｃが形成される。これら貫
通孔４６ｃは、センサコア４５を基板に固定するために
位置決め用の孔として使用されるものである。

【００５０】従って、この実施の形態のセンサコア４５
及びそれを使用した回転角センサによれば、前記第１の
実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
併せて、アウタコア２６に位置決め用の複数の貫通孔４
６ｂが設けられることから、基板形状を特に限定するこ
となくセンサコア４５を基板に取り付けることができる
ようになり、汎用性の高いセンサコア４５を得ることが
できるようになる。

【００５１】［第３の実施の形態］次に、本発明の非接
触式回転角センサ及びそのセンサコアを具体化した第３
の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００５２】図１４に回転角センサに使用されるセンサ
コア４７の平面図を、図１５に図１４の破線で囲まれる
部分の拡大図を示す。この実施の形態では、アウタコア
２７の内周面２７ｂの形状の点で第１の実施の形態のセ
ンサコア１４と構成が異なる。ロータ２８の構成につい
ては前記センサコア１４のそれと同じである。この実施
の形態では、図１４，１５に示すように、第２のエアギ
ャップ３２に近付くに連れて第１のエアギャップ３１の
寸法が連続的に大きくなるようにアウタコア２７の内周
面２７ｂがテーパ形状に形成される。具体的には、図１
５に示すように、前述した第１及び第２の角度範囲θ
１，θ２を合わせた第４の角度範囲θ４において、第１
のエアギャップ３１が連続的に広がるように内周面２７
ｂがテーパ形状をなしている。

【００５３】従って、この実施の形態のセンサコア４７
及びそれを使用した回転角センサによれば、アウタコア
２７の内周面２７ｂが第２のエアギャップ３２に近付く
に連れて、センサコア４７で形成される磁界の磁束密度
の偏りが連続的に解消され、第２のエアギャップ３２を
通る磁束密度の変化が調整されることになる。このた
め、本実施の形態でも前記第１の実施の形態と同様の効
果を得ることができる。

【００５４】［第４の実施の形態］次に、本発明の非接
触式回転角センサ及びそのセンサコアを具体化した第４
の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００５５】図１６に回転角センサに使用されるセンサ
コア４８の平面図を、図１７に図１６の破線で囲まれる
部分の拡大図を示す。この実施の形態では、アウタコア
２７の内周面２７ｂの形状の点で第１の実施の形態のセ
ンサコア１４と構成が異なる。この実施の形態では、図
１６，１７に示すように、第２のエアギャップ３２に近
付くに連れて第１のエアギャップ３１の寸法が連続的に
大きくなるようにアウタコア２７の内周面２７ｂが楕円
形状に形成される。具体的には、図１７に示すように、
前述した第１〜第３の角度範囲θ１〜θ３を合わせた第
５の角度範囲θ５において、第１のエアギャップ３１の
寸法が連続的に大きくなるようにアウタコア２７の内周
面２７ｂの全体が楕円形状をなしている。

【００５６】従って、この実施の形態のセンサコア４８
及びそれを使用した回転角センサによれば、アウタコア
２７の内周面２７ｂが第２のエアギャップ３２に近付く
に連れて、センサコア４８で形成される磁界の磁束密度
の偏りが連続的に解消され、第２のエアギャップ３２を
通る磁束密度の変化が調整される。このため、本実施の
形態でも前記第１の実施の形態と同様の効果を得ること
ができる。

【００５７】尚、この発明は前記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範
囲で以下のように実施することもできる。

【００５８】（１）前記各実施の形態では、インナコア
２９のコアピース２９Ａ，２９Ｂの両端にテーパ面２９
ｄを設ける第１の設定事項と、アウタコア２７の内周面
２７ｂに特徴的な形状を設けた第２の設定事項との両方
を兼ね備えたロータ２８を含むセンサコア１４，４５，
４７，４８とした。これに対して、前記第１の設定事項
又は第２の設定事項の一方を備えたロータを含むセンサ
コアとしてもよい。

【００５９】（２）前記各実施の形態では、センサコア
１４，４５，４７，４８に対して二つの第２のエアギャ
ップ３２を設け、そのギャップ３２のそれぞれにホール
ＩＣ２６を設けるようにしたが、センサコアに対して一
つ又は三つ以上の第２のエアギャップを設け、そのギャ
ップのそれぞれにホールＩＣを設けてもよい。

【００６０】（３）前記各実施の形態では、磁力検出手
段としてホールＩＣ２６を使用したがこれに限られるも
のではなく、これ以外の検出用素子を使用してもよい。

【００６１】

【発明の効果】請求項１乃至請求項５の何れか一つに記
載の発明の構成によれば、第２のエアギャップを通る磁
束密度の変化が調整され、センサコア及びそれを使用し
た非接触式回転角センサの小型化と出力特性の直線性確
保との両立を図ることができるという効果を発揮する。

【００６２】請求項６に記載の発明の構成によれば、セ
ンサコアで形成される磁界全体の磁束分布が均等化さ
れ、非接触式回転角センサの出力特性の直線性をより一
層向上させることができ、センサコア及びそれを使用し
た回転角センサの更なる小型化に寄与することができる
という効果を発揮する。

【００６３】請求項７に記載の発明の構成によれば、セ
ンサコア及びそれを使用した非接触式回転角センサの小
型化と出力特性の直線性確保との両立を図ることがで
き、併せて、その回転角センサの出力特性の直線性をよ
り一層向上させることができ、センサコア及びそれを使
用した回転角センサの更なる小型化に寄与することがで
きるという効果を発揮する。

【００６４】請求項８に記載の発明の構成によれば、小
型化と出力特性の直線性確保とを両立させた非接触式回
転角センサを得ることができ、或いは、その出力特性の
直線性をより一層向上させることができ、更に小型化し
た非接触式回転角センサを得ることができるという効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係り、センサコアを示す平
面図である。

【図２】同じく、図１の２−２線断面図である。

【図３】同じく、センサコアの特徴的構成を示す平面図
である。

【図４】同じく、図３の主要部示す拡大図である。

【図５】同じく、スロットルボディの構造を示す断面図
である。

【図６】同じく、回転角センサを示す分解斜視図であ
る。

【図７】（ａ）〜（ｃ）はセンサコアに形成される磁界
の動きを示す説明図である。

【図８】同じく、回転角センサの出力特性を示すグラフ
である。

【図９】同じく、センサコアで形成される磁束密度の特
性を示すグラフである。

【図１０】同じく、測定ポイントを示す説明図である。

【図１１】第２の実施の形態に係り、センサコアを示す
平面図である。

【図１２】同じく、図１１の１２−１２線断面図であ
る。

【図１３】同じく、センサコアの裏側を示す斜視図であ
る。

【図１４】第３の実施の形態に係り、センサコアを示す
平面図である。

【図１５】同じく、図１４の主要部を示す拡大図であ
る。

【図１６】第４の実施の形態に係り、センサコアを示す
平面図である。

【図１７】同じく、図１６の主要部を示す拡大図であ
る。

【図１８】従来例のセンサコアを示す平面図である。

【図１９】同じく、図１８の１９−１９線断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 非接触式回転角センサ １３ スロットルバルブ（対象物） １４ センサコア ２５ 基板（ベース） ２６ ホールＩＣ（磁力検出手段） ２７ アウタコア ２７ｂ 内周面 ２８ ロータ ２９ インナコア ２９Ａ コアピース ２９Ｂ コアピース ２９ｄ テーパ面 ２９ｅ 外周面 ３０ 板状マグネット ３１ 第１のエアギャップ ３２ 第２のエアギャップ ３３ 装着用ギャップ ４５ センサコア ４６ アウタコア ４６ｂ 内周面 ４７ センサコア ４８ センサコア

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月１４日（２０００．６．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物の回転角を磁力変化に置き換えて
   非接触に検出するようにした非接触式回転角センサのセ
   ンサコアであって、 磁性材料により環状に形成されたアウタコアと、 前記アウタコアの内側において同一軸線上に配置され、
   磁性材料により円板状に形成されると共にその直径方向
   に延びる装着用ギャップを含むインナコアと、 前記アウタコアの内周面と前記インナコアの外周面との
   間に設けられた第１のエアギャップと、 前記アウタコアにおいてその径方向に延び、前記第１の
   エアギャップに連続する第２のエアギャップと、 前記インナコアの直径以下の長さで板状に形成され、そ
   の板厚の方向に着磁された板状マグネットと、 前記板状マグネットが前記インナコアの前記装着用ギャ
   ップに装着されることによりロータが構成されること
   と、 前記第２のエアギャップに近付くに連れて前記第１のエ
   アギャップの寸法が変化するように前記アウタコアの内
   周面形状が設定されることとを備えたことを特徴とする
   非接触式回転角センサのセンサコア。
2. 【請求項２】 前記第２のエアギャップに近い位置で前
   記第１のエアギャップの寸法が相対的に大きくなるよう
   に前記アウタコアの内周面形状が設定されることを特徴
   とする請求項１に記載の非接触式回転角センサのセンサ
   コア。
3. 【請求項３】 前記第２のエアギャップに近付くに連れ
   て前記第１のエアギャップの寸法が段階的に大きくなる
   ように前記アウタコアの内周面に段差が設けられたこと
   を特徴とする請求項２に記載の非接触式回転角センサの
   センサコア。
4. 【請求項４】 前記第２のエアギャップに近付くに連れ
   て前記第１のエアギャップの寸法が連続的に大きくなる
   ように前記アウタコアの内周面をテーパ形状にしたこと
   を特徴とする請求項２に記載の非接触式回転角センサの
   センサコア。
5. 【請求項５】 前記第２のエアギャップに近付くに連れ
   て前記第１のエアギャップの寸法が連続的に大きくなる
   ように前記アウタコアの内周面を楕円形状にしたことを
   特徴とする請求項２に記載の非接触式回転角センサのセ
   ンサコア。
6. 【請求項６】 対象物の回転角を磁力変化に置き換えて
   非接触に検出するようにした非接触式回転角センサのセ
   ンサコアであって、 板状に形成され、その板厚の方向に着磁された板状マグ
   ネットと、 磁性材料により略半円板状に形成された一対のコアピー
   スを含み、前記各コアピースの直径が前記板状マグネッ
   トの長さより大きく設定されたインナコアと、 前記板状マグネットが前記一対のコアピースに挟まれる
   ことによりロータを構成することと、 前記ロータの外側において同一軸線上に配置され、磁性
   材料により環状に形成されたアウタコアと、 前記アウタコアの内周面と前記インナコアの外周面との
   間に設けられた第１のエアギャップと、 前記アウタコアにおいてその径方向に延び、前記第１の
   エアギャップに連続する第２のエアギャップと、 前記各コアピースの両端に形成され、前記各コアピース
   の外周面から前記挟まれた板状マグネットの端面へ向か
   って傾斜するテーパ面とを備えたことを特徴とする非接
   触式回転角センサのセンサコア。
7. 【請求項７】 前記第２のエアギャップに近い位置にお
   いて前記第１のエアギャップの寸法が相対的に大きくな
   るように前記アウタコアの内周面形状が設定されること
   を特徴とする請求項６に記載の非接触式回転角センサの
   センサコア。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７の何れか一つに記
   載のセンサコアを使用した非接触式回転角センサであっ
   て、 前記アウタコアを固定するためのベースと、 前記第２のエアギャップに設けられ、前記ロータの回転
   に応じた磁力変化を検出するための磁力検出手段とを備
   え、前記ロータが前記対象物に連結されるものであるこ
   とを特徴とする非接触式回転角センサ。