JP2002206913A - 非接触式回転位置センサ及び非接触式回転位置センサを有する絞弁組立体 - Google Patents

非接触式回転位置センサ及び非接触式回転位置センサを有する絞弁組立体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】回転移動する物体の回転位置を非接触でセンシ
ングする手段を提供すること。 【解決手段】軸方向に磁化されたリング状永久磁石を上
下からそれぞれ２枚の磁性板で挟み込み、上下の磁性板
の間で磁性板の両端部に上下２個ずつ突起状磁性体を設
け、それぞれ上下２個の突起状磁性体の間のエアギャッ
プに磁気感応素子を挿入する。これにより、リング状永
久磁石からの磁束は、概ね突起状磁性体に絞り込まれ、
磁気感応素子を通過する。この磁束量は、リング状永久
磁石の回転角度にほぼ比例しており、磁気感応素子にて
検出される信号出力より、リング状永久磁石の回転位
置、従って、リング状永久磁石を支持する回転シャフト
の回転位置を非接触でセンシングできる。 【効果】磁束を効果的に磁気感応素子の装着部に集める
ことができるため、感度の高い高精度の非接触式回転位
置センサが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば内燃機関のス
ロットルバルブ（絞弁）の回転軸の回転角度を検出する
回転位置センサに関し、特に非接触式回転位置センサに
関する。また、本発明はそのような非接触式回転位置セ
ンサを備えた絞弁組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の回転位置センサとしては
日本特許第２８４２４８２号，日本特許第２９２０１７
９号,米国特許第５５２８１３９号,米国特許第５７８９
９１７号および米国特許第６１３７２８８号に記載され
たものが知られている。
【０００３】これら従来技術では、永久磁石側を回転子
とすると、固定子内の円周方向の磁束密度が、回転子の
回転方向に対して線形的に分布していることに着目した
ものであり、固定子内の磁場分布が、磁石が取付けられ
た回転子の回転位置になるべく影響されないようにする
ために、回転子と固定子との対向面の形状に関しては、
回転方向に対して垂直な方向の長さが均一になるように
構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように回転子と固
定子との対向面の形状が制約を受けるために、センサを
設置する対象機器に適した設計をする上で、設計自由度
が低いという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、固定子側と回転子側にお
ける磁路の対向面の形状において、回転子の回転方向に
対して垂直な方向の長さが均一でなくとも十分な性能が
得られる非接触式回転位置センサを得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、回転子を形成する環状または半環状永久
磁石を挟んで例えば一対の磁性板によって固定子側磁路
の一部を形成し、この固定子側磁路を通って形成される
閉磁路の途中に磁束を集中させる絞り部としての磁束収
束部を設け、当該磁束絞り部（収束部）に磁気感応素子
を配置する。
【０００７】また別の発明では環状または半環状永久磁
石を絞弁の回転軸の端部に装着し、本体に装着される樹
脂カバーにこの磁石を挟んで磁気通路を形成する磁性体
組立体を装着し、この磁性体組立体には磁束収束部を設
けてその磁束収束部に磁気感応素子を設置する。
【０００８】具体的には環状または半環状永久磁石は回
転軸に脱着自在に取り付けられ、磁性体組立体の一方に
は回転軸の径より大きく磁石の内径より小さい孔が中央
に設けられている。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１から図４を用いて本発明の第
一の実施例を説明する。
【００１０】図１は本実施例の外観を示し、図２はその
内部構造がわかるように示した図である。図１，図２に
示すように、本実施例では、リング状（環状）の永久磁
石１０およびリング状の永久磁石１０を支持するシャフ
ト（回転軸）１５により回転子を形成し、リング状の永
久磁石１０を磁性板（磁性体組立体）１１，１２，１
３，１４で上下に挟み込む。
【００１１】上側の磁性板１１，１２は、お互いに水平
方向に離れて配置される。その結果両磁性板１１，１２
の間にエアギャップ（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）が形成
される。これは下側の磁性板１３，１４についても同様
である。
【００１２】磁性板１１，１２，１３，１４には、それ
ぞれ磁束絞り部（磁束収束部）を形成する突起状磁性体
１６，１７，１８，１９が配置され、突起状磁性体１
６，１７の間にホール素子（磁気感応素子）２１を、ま
た、突起状磁性体１８，１９の間にホール素子（磁気感
応素子）２２を配置する。
【００１３】磁束絞り部（磁束収束部）を形成する突起
状磁性体１６，１７，１８，１９はエアーギャップａ
１，ａ２，ｂ１，ｂ２を挟んで互いに対象な位置で、且
つ磁石１０の外周部位に形成される。この磁束絞り部
（磁束収束部）を形成する突起状磁性体１６，１７，１
８，１９は磁性板１１，１２，１３，１４と一体に形成
したが、別体に形成しておいて後から接着あるいは溶接
によって取り付けすることができる。
【００１４】この実施例の正面図が図５（ｂ）に示され
ている。
【００１５】磁性板１１，１３および１２，１４は均一
なギャップＧ１を以って対面配置されている。
【００１６】磁性板１１，１２と磁石１０の上面との間
には均一な小ギャップｇ１が設けてあり、また磁性板１
３，１４と磁石１０の下面との間には均一な小ギャップ
ｇ２が設けられている。
【００１７】その結果ギャップＧ１は磁石の厚みｔ１
に、小ギャップｇ１，ｇ２を加えた大きさとなる。
【００１８】また、突起状磁性体部１６，１７及び１
８，１９の間のギャップは磁石１０の厚みｔ１より小さ
い。
【００１９】磁性板１３，１４の中心に設けられたシャ
フト１５の挿通孔５１の径ｄは磁石１０の内径Ｄと同じ
か小さく設定されている。
【００２０】この挿通孔５１の径ｄは磁石の外径Ｄ０よ
り小さいことが最低限要求されるがどの程度小さくする
かは磁路の条件で決定する。
【００２１】また、磁性板１１，１２の中央の孔５２、
及び小ギャップａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２はなくても良
い。この実施例は後述する。
【００２２】この磁性板（１１，１２及び１３，１４）
の中央の孔の径ｄ、ｄ０は回転シャフト１５を磁路の一
部として利用するか否かによって決定する。この回転シ
ャフト１５が非磁性体の場合には磁性板の中央の孔５
１，５２の径ｄ，ｄ０を磁石１０の内径Ｄより小さくす
ることに特別な性能の変化は見られないが、回転シャフ
ト１５が磁性体の場合には磁気感応素子２１，２２の取
り付け部の磁束が回転シャフト１５を通って漏洩する磁
束の影響を受けるので、これを考慮して磁性板（１１，
１２及び１３，１４）の中央の孔５１，５２の径ｄ，ｄ
０が決定される。
【００２３】回転シャフト１５を通る磁束を積極的に利
用する場合は磁性板（１１，１２及び１３，１４）の中
央の孔５１、５２の径ｄ，ｄ０は小さく設定される。逆
に回転シャフト１５を通る磁束の影響を避ける場合は磁
性板（１１，１２及び１３，１４）の中央の孔５１，５
２の径ｄ，ｄ０は大きく設定される。しかし磁石１０の
外径Ｄ０より孔の径ｄ，ｄ０を大きくすると磁石１０と
磁性板（１１，１２及び１３，１４）との間のエアーギ
ャップが大きくなって基本的磁束量が減少するので磁性
板（１１，１２及び１３，１４）の中央の孔の径ｄ，ｄ
０の上限は磁石１０の外径Ｄ０とするのが好ましい。
【００２４】磁性部材（１１乃至１４，１６乃至１９、
回転軸）のこのような形状や配置関係、各ギャップ（ｇ
１，ｇ２，Ｇ１，Ｇ２）の寸法関係によって磁石の発生
する磁束は磁気感応素子２１，２２が取り付けられた２
個所のエアーギャップＧ２部に絞り込まれ、収束する。
【００２５】回転シャフト１５を通る漏洩磁路は突起状
磁性体部１６，１７及び１８，１９で極端な磁束の飽和
が生じないよう調整するのに利用される。
【００２６】ここで、ホール素子２１、あるいはホール
素子２２は片方だけでも機能するが、故障時の相互のバ
ックアップあるいは故障診断のチェック用に２個配置す
る。
【００２７】ここで、リング状の永久磁石１０は、図３
の矢印で示すように、概ね回転軸方向に着磁されてい
る。リング状の永久磁石１０の磁化の向きは、回転方向
180°の領域で上向きにその他の領域は下向きである。
【００２８】このときの磁束密度ベクトルは、概略図４
のような分布をなす。すなわち、リング状の永久磁石１
０による磁場は、上下の磁性板１１，１２，１３，１４
に分流され、突起状磁性体１６，１７，１８，１９並び
にホール素子２１，２２を通過する。ホール素子２１，
２２を通過する磁場の向きと強さは、リング状の永久磁
石１０の回転位置によって変化する。
【００２９】ここで、リング状の永久磁石１０の回転位
置と、ホール素子２１を通過する磁束量との関係につい
て、図５を用いて説明する。図５には、リング状の永久
磁石１０における磁場の向きを示す。
【００３０】この回転位置において、領域ａと領域ｂ
は、丁度同じ開き角度にあり、それぞれの領域の磁場の
向きは、互いに反対の向きであり、領域ａと領域ｂから
の磁束は互いに打ち消し合う。実際は、磁化分布の向き
が反転する領域ａと領域ｃの境界付近は、磁化が弱まっ
ているので、厳密には相殺しないが、概ね打ち消し合う
と見て良い。
【００３１】このため、残りの領域ｃにおける磁束の大
部分が、突起状磁性体１６，１７を通過する。この量
は、領域ｃの占める面積に比例している。
【００３２】また、領域ｃの占める面積は、リング状の
永久磁石１０の回転角度に比例する。従って、ホール素
子２１で検出される磁束密度は、リング状の永久磁石１
０の回転角度に概ね比例している。これにより、ホール
素子２１で検出される磁束密度をセンシングすることに
より、リング状の永久磁石１０の回転角度、すなわちシ
ャフト１５の回転角度が検出できることになる。
【００３３】なお、本実施例では、図１における磁性板
１１，１２の間の間隔ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、ａ１
＝ａ２＝ｂ１＝ｂ２になっているが、本発明はこれに限
定されるものではなく、ａ１＞ｂ１，ａ２＞ｂ２にして
も良い。さらに、望ましくは、ａ１＝ａ２，ｂ１＝ｂ２
にした方が良い。ａ１＞ｂ１，ａ２＞ｂ２にすることに
より、磁性体１１，１２間の磁気的カップリングが弱く
なり、ホール素子２１で検出される磁束密度と、リング
状の永久磁石１０の回転角度との間の直線関係が向上す
る。
【００３４】上下の磁性板１１と１３，１２と１４は均
一なギャップＧ１を保って対面している。上下の磁性板
１１と１３，１２と１４は永久磁石１０との間に均一な
ギャップｇ１（上側ギャップ），ｇ２（下側ギャップ）
を保って永久磁石１０と対面している。ギャップＧ１は
永久磁石１０の厚さｔ１よりギャップｇ１＋ｇ２分だけ
大きい。しかし、突起状磁性体１６，１７及び１８，１
９間のギャップｇ３，ｇ４は永久磁石１０の厚さより小
さい。この構成によって永久磁石１０の磁束を突起状磁
性体１６，１７及び１８，１９において収束させること
ができる。この意味において、突起状磁性体１６，１７
及び１８，１９は磁気絞り部を形成する。つまり、磁性
体板１１，１３及び１２，１４間に磁束の通り易い部分
として突起状磁性体１６，１７及び１８，１９を設け、
この部分に磁束を集中させることが本発明の原理であ
る。
【００３５】なお、本センサを低コストで生産する場
合、各部位の取り付け精度は±０.２mm程度であること
を考えると、本実施例において、リング状の永久磁石１
０と上下の磁性板１１，１２，１３，１４の間のエアギ
ャップの幅を、それぞれ０.５mm以上、望ましくは１mm
前後にした方が、取り付け誤差によるセンサの特性への
影響を小さくできる。このことは、以下に示す他の実施
例においても共通事項である。
【００３６】磁性材は多かれ少なかれ、磁気ヒステリシ
ス特性を有しており、一般的に0.5Ｔあるいは１Ｔを超
えると、磁気ヒステリシス効果が次第に顕著になってく
る。回転位置センサの回転位置精度を高精度にするため
には、磁気ヒステリシスは極力小さい範囲で使うのが望
ましい。従って、磁性材内部、代表的には磁性板１１，
１２，１３，１４の内部の磁束密度が０.５Ｔ以下であ
ることが望ましい。このことは、以下に示す他の実施例
においても共通事項である。
【００３７】なお、本実施例では、永久磁石はリング状
であるが、円盤状のものでも、同様の機能を持たせるこ
とができる。
【００３８】図６から図９の図を用いて本発明の第二の
実施例を示す。図６は本実施例の外観を示し、図７はそ
の内部構造がわかるように示した図である。図６，図７
に示すように、本実施例は、先の第一の実施例と殆ど構
造は変わらないが、唯一、上部の磁性板３０が１枚もの
になっている点が異なる。リング状の永久磁石１０から
の磁束を分岐して、突起状磁性体１６，１７と突起状磁
性体１８，１９に分流するためには、上下の磁性板のう
ち、どちらかに水平方向エアギャップがあれば良い。こ
の例では、下の磁性板１３，１４で水平方向エアギャッ
プを形成している。図８はリング状の永久磁石１０の磁
化分布を示しており、図９は磁束密度ベクトル分布の様
子を示している。
【００３９】本実施例では、リング状の永久磁石１０の
上部で磁路が形成されるため、突起状磁性体１６，１７
と突起状磁性体１８，１９に分流する磁束の量が減少す
るものの、上部の磁性板３０は１枚もので良いため、部
品数が減り、製作し易いという効果がある。また、回転
位置センサを下部の面で固定する場合、上部は外側にな
るが、外側からの磁性体の侵入によるセンサ出力への影
響が軽減できるという効果もある。
【００４０】本発明の第三の実施例を図１０に示す。本
実施例は、先の第一の実施例の構造において、磁性板１
１，１２に、穴３１，３２を設けたものである。穴の形
状やサイズにより、磁性板１１，１２の磁路における磁
気抵抗分布を調整できる。これにより、第一の実施例の
回転位置センサよりも、ホール素子で検出される磁束密
度と回転角度の間の直線性が改善されるという効果をも
つ。また、磁性板１３，１４にも同様な穴をあけて、こ
の直線性をさらに改善することもできる。なお、ここで
は、各磁性板に１個の穴を設けた場合を示したが、本発
明はこれに限定するものではなく、２個あるいは複数個
の穴を用いても良い。以下も同様である。
【００４１】本発明の第四の実施例を図１１に示す。本
実施例は、第二の実施例の構造において、磁性板３０
に、穴３１，３２を設けたものである。本実施例では、
第二の実施例に対して、ホール素子で検出される磁束密
度と回転角度の間の直線性が改善される効果をもつ。
【００４２】本発明の第五の実施例を図１２に示す。本
実施例は、本発明の第一の実施例において、図２の２極
に磁化されたリング状の永久磁石１０を、１極の半割の
永久磁石１０ａに置き換えたものである。永久磁石１０
ａは、回転軸方向上向きあるいは下向きに着磁されてい
る。この場合、磁性板１１に進入する磁束は、概ね永久
磁石１０ａの磁性板１１への垂直投射面積に比例、この
垂直投射面積は永久磁石１０ａの回転角度に比例してい
る。このため、ホール素子２１で検出される磁束密度
は、永久磁石１０ａの回転角度に比例する。これによ
り、ホール素子２１で検出される磁束密度をセンシング
することにより、リング状の永久磁石１０ａの回転角
度、すなわちシャフト１５の回転角度が検出できる。
【００４３】本発明の第六の実施例を図１３に示す。本
実施例は、本発明の第二の実施例において、図７の２極
に磁化されたリング状の永久磁石１０を、１極の半割の
永久磁石１０ａに置き換えたものである。永久磁石１０
ａから発生した磁束は、磁性板３０に進入し、突起状磁
性体１７，１９の方に分流し、それぞれ、ホール素子２
１，２２並びに、突起状磁性体１６，１８を通過して、
磁性板１３，１４に進入し、永久磁石１０ａにもどる磁
路を形成する。突起状磁性体１７，１９への磁束の分流
比は、永久磁石１０ａの磁性板１３への垂直投射面の面
積と永久磁石１０ａの磁性板１４への垂直投射面の比率
でほぼ決まる。このため、ホール素子２１で検出される
磁束密度は、永久磁石１０ａの回転角度に比例する。こ
れにより、ホール素子２１で検出される磁束密度をセン
シングすることにより、リング状の永久磁石１０ａの回
転角度、すなわちシャフト１５の回転角度が検出でき
る。
【００４４】本発明の第七の実施例を図１４に示す。本
実施例では、リング状の永久磁石１０，磁性ヨーク３
５、およびリング状の永久磁石１０を支持するシャフト
１５により回転子を形成し、リング状の永久磁石１０を
外側から包囲する磁性板３１および磁性板３１のエアギ
ャップに挿入されたホール素子２１，２２により固定子
を形成する。リング状の永久磁石１０は、半径方向に着
磁されており、外周面上を一周にわたって見た場合、２
極に磁化されている。すなわち、周方向180°の範囲に
おいて、半径方向外向きに、その他の領域は半径方向内
向きに磁化されている。磁性板３１の回転子に最も近い
磁極を形成する磁性板部位３１ａには、リング状の永久
磁石１０からの磁束を集める役割をしており、磁性板部
位３１ａにおける磁場分布が直接ホール素子２１，２２
の信号出力に影響を与えるものではないため、磁性板部
位３１ａがリング状の永久磁石１０に直接対向する面31
ｂの形状は、リング状の永久磁石１０の回転方向に均一
である必要性はない。磁性板部位３１ａで集められた磁
束は、磁性板部位３１ｃを通過した後、ホール素子２１
を通過して、もう一方の磁性板部位３１ｃおよび磁性板
部位３１ａを通過して、リング状の永久磁石１０にもど
る。本実施例では、磁性板部位３１ａと磁性板部位３１
ｃが同一平面上にある場合であるが、本発明はこれに限
定されない。図１４において、磁性板部位３１ｃをリン
グ状の永久磁石１０の手前あるいは、背後を通るように
三次元的に構成しても良い。
【００４５】本発明の第八の実施例を図１６に示す。本
実施例は、本発明の第一の実施例において、突起状磁性
体１６，１７，１８，１９の代わりに、図１５に示した
磁性板５０，５１に、突起部位５０ａ，５１ａを設け、
突起部位５０ａ，５１ａを磁性板５０の面に対して概ね
垂直に曲げたものを用いて、図１６に示すように、リン
グ状の永久磁石１０を上下から挟み込む。このとき、間
にホール素子２１，２２を挟み込むことにより、第一の
実施例と実質的に等価な磁路を形成でき、非接触式回転
位置センサの機能を有することができる。本実施例によ
れば、第一の実施例における磁性板１１，１２，１３，
１４に突起状磁性体１６，１７，１８，１９を配置する
形状に比べ、磁性板５０、５１の打ち抜きと、突起部位
５０ａ，５１ａの曲げ加工のみで済むため、生産性が上
がるという効果がある。
【００４６】本発明の第一の実施例を実機に適用した第
九の実施例について説明する。図１７において、回転角
を検出すべき対象装置の収納カバー４１には回転軸を外
に出すための回転軸貫通用穴４２が設けられており、収
納カバー４１の外表面上に、突起状磁性体１６，１８が
取り付けられた磁性板１３，１４、ホール素子２１，２
２を装着する。対象装置の回転軸には、リング状の永久
磁石１０とシャフト１５が一体となったものを取り付け
る。さらに、その外側に磁性板１１，１２と回転位置セ
ンサ収納カバー４０が一体となったものを取り付ける。
一体にする方法としては、例えば、回転位置センサ収納
カバー４０を樹脂製にして、インサートモールドによる
磁性板と樹脂との一体成形加工が生産性に優れている。
【００４７】なお、これまでの実施例では、磁性板１
１，１２，１３，１４，３０は矩形状の板で例示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の
形状、例えば、円盤型や、半円盤型，扇型，台形型等い
ずれの形状でも良い。
【００４８】本発明も含めて、永久磁石を使った各種の
非接触式回転位置センサが存在するが、対象装置に組み
込んだ場合、非接触式回転位置センサの近傍に磁性体が
配置される可能性があり、ホール素子等の磁気感応素子
の出力信号に影響を与えてしまう。そこで、第十の実施
例として、図１８に示すように、非接触式回転位置セン
サ１０００の収納カバー４０に、磁性体をとりつけたシ
ールドカバー４５を取り付けることにより、外部磁性体
によるホール素子等の磁気感応素子の出力信号への影響
を小さくすることができるという効果がある。
【００４９】図１９，図２０に基づき本発明になる非接
触式回転位置センサを取り付けた絞弁組立体の一例を説
明する。
【００５０】本体２０１に回転シャフト（回転軸）２０
３（シャフト１５に相当）が回転可能に支承されてい
る。２００は本体の空気流路の開口面積を制御する絞り
弁で、ねじにより回転シャフト２０３に固定されてい
る。２０２は樹脂カバーで、本体２０１にねじ（２１０
ａ−２１０ｃ）により固定されている。
【００５１】樹脂カバー２０２には貫通孔２０４が形成
されている。回転シャフト２０３の先端はこの孔２０４
を通って樹脂カバー２０２の外に延びる。
【００５２】樹脂カバー２０２の孔２０４の周りには四
角形の凹所が形成されており、この凹所を形成する樹脂
カバーの外壁面には中央に孔５１を有する磁性板１３，
１４が接着により貼り付けられている。磁性板１３，１
４は水平方向に分割されており図１に示すエアーギャッ
プ（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）と同様のギャップが両者
間に設けられている。
【００５３】樹脂カバー２０２が本体２０１に装着され
た状態で回転シャフト２０３の先端はこの磁性板１３，
１４も越えて外に延びている。
【００５４】中心に取付け孔を備えた樹脂材製の取り付
けピース１１０に環状もしくは半環状磁石１０が固定さ
れており、この取り付けピース１１０の中心孔に回転シ
ャフト２０３の先端を圧入し両者を固定する。
【００５５】このように構成することにより、回転シャ
フト２０３の先端に磁性板１３，１４の中央の孔孔５１
の直径より大きい外径を有する磁石１０を磁性板１３，
１４の外側に取付けることができる。
【００５６】４０は樹脂カバー２０４の凹所に対応する
部分を覆う樹脂性の補助カバーである。
【００５７】この補助カバー４０の内側には磁性板１
３，１４に対面する位置に磁性板１１，１２が接着剤で
貼り付けられて、固定される。磁性板１３，１４に形成
された突起状磁性部材１６，１８と、磁性板１１，１２
に形成された突起状磁性部材１７，１９は補助カバー４
０を樹脂カバー２０２に取り付けた状態で一対のギャッ
プＧ２を形成する。
【００５８】このギャップＧ２には磁気感応素子として
のホール素子２１，２２が装着されている。
【００５９】かくして、先の図１乃至図５（ａ），
（ｂ）に示した非接触センサを絞り弁の回転シャフトの
端部に形成することができる。
【００６０】実施例では本体２０１にはモータ２０７が
装着されており、中間ギア２０５，回転シャフト２０３
に固定された最終段ギア２０６を介して絞弁軸２０３に
モータ２０７のトルクが伝達されるよう構成されてい
る。
【００６１】２０８は中間ギア２０５を支承する固定軸
である。本実施例では中間ギア２０５は樹脂材製とし、
最終段ギア２０６を焼結合金製としている。これはモー
タ２０７の発生する電磁ノイズが磁性体性の最終段ギア
２０６で吸収され、センサの磁気回路に影響を及ぼすの
を抑制することができる。
【００６２】この効果は、中間ギア２０５や中間ギア２
０５の回転を支承する固定軸２０８を磁性材で形成する
ことによっても得られる。
【００６３】なお、最終段ギア２０６が磁性材で構成さ
れた場合、回転シャフトを通る漏洩磁束の磁気通路の一
部として作用することを考慮する必要がある。
【００６４】また、最終段ギアが樹脂材製であっても、
回転シャフトに固定する固定力を得るために中心部に金
属部分が必要であり、この金属部分が磁性材で構成され
る場合は同様に磁石１０の回転シャフトを通って漏洩す
る漏洩磁束の磁気通路となるのでその磁気的作用を考慮
する必要がある。
【００６５】これらの点を考慮して磁性体１３，１４の
中央穴５１の直径あるいは、最終段ギア側磁性材部と磁
性板１３，１４との間のギャップが設定される必要があ
る。
【００６６】本実施例では、磁石１０と磁性板１３，１
４との間のエアギャップＧ２が磁性板１３，１４と回転
シャフト２０３間のエアギャップ、磁性板と最終段ギア
206側の磁性部材との間のエアーギャップのいずれより
も小さく成るよう構成し、回転シャフト２０３を通る漏
洩磁束ができるだけ少なくなるよう設定した。
【００６７】
【発明の効果】本発明によれば、固定子側と回転子側に
おける磁路の対向面の形状において、回転方向に対して
直角な方向の長さが均一でなくとも、高い設計自由度を
確保した上で、十分な性能が得られるという効果があ
る。また、磁束を効果的に磁気感応素子の装着部に集め
ることができるため、感度の高い高精度の非接触式回転
位置センサが得られる。さらに、用いる永久磁石が回転
軸方向に磁化されている場合、回転子側には、永久磁石
以外の磁性材はなくとも、十分な検出感度が得られる。
従って、回転子の慣性モーメントを減らすことができ、
このため、回転駆動用のアクチュエータの負荷が軽減で
き、回転子の応答性が向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の外観を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例の内部構造を示す図であ
る。
【図３】本発明の第一の実施例の構成部品であるリング
状の永久磁石の磁化分布を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施例における磁束密度ベクト
ル分布を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の第一の実施例における非接触
回転位置センサの動作原理を説明する図である。（ｂ）
は（ａ）のＹ−Ｙを断面した概念図である。
【図６】本発明の第二の実施例の外観を示す図である。
【図７】本発明の第二の実施例の内部構造を示す図であ
る。
【図８】本発明の第二の実施例の構成部品であるリング
状の永久磁石の磁化分布を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施例における磁束密度ベクト
ル分布を示す図である。
【図１０】本発明の第三の実施例の外観を示す図であ
る。
【図１１】本発明の第四の実施例の外観を示す図であ
る。
【図１２】本発明の第五の実施例の内部構造を示す図で
ある。
【図１３】本発明の第六の実施例の内部構造を示す図で
ある。
【図１４】本発明の第七の実施例の内部構造を示す図で
ある。
【図１５】本発明の第八の実施例に用いる磁性板の加工
前の形状を示す図である。
【図１６】本発明の第八の実施例の内部構造を示す図で
ある。
【図１７】本発明の第九の実施例の内部構造を示す図で
ある。
【図１８】本発明の第十の実施例の内部構造を示す図で
ある。
【図１９】図２０のＸ−Ｘ線に沿った断面の概念図（寸
法形状，位置関係は必ずしも一致しないが機能的には同
一部材を備えている）。
【図２０】本発明の非接触式回転位置センサを取り付け
た絞弁組立体の一実施例を示す分解斜視図。
【符号の説明】
１０，１０ａ…永久磁石、１１，１２，１３，１４，３
０，３１，５０，５１…磁性板、１５…シャフト、１
６，１７，１８，１９…突起状磁性体、２１，２２…ホ
ール素子、３１ａ，３１ｃ…磁性板部位、３１ｂ…磁性
板部位３１ａがリング状の永久磁石１０に直接対向する
面、３５…磁性ヨーク、４０…収納カバー、４１…対象
装置の収納カバー、４２…回転軸貫通用穴、４５…シー
ルドカバー、５０ａ，５１ａ…突起部位、１００，２０
０，３００，４００，５００，６００，７００，８０
０，９００，１０００…非接触式回転位置センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田島 文男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 臼井 俊文 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 久保田 正則 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA06 DA05 DD03 GA52 KA01 2F077 CC02 JJ01 JJ08 JJ23 VV01

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】外周が円形あるいは円弧状の永久磁石、前
    記永久磁石を支持固定するシャフト、前記永久磁石を上
    下から挟みこむ磁性板、前記上下磁性板少なくとも一方
    の磁性板がエアギャップを介して水平方向に分離されて
    おり、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一
    つの突起状磁性体部、前記突起状磁性体部の突起面に配
    置された磁気感応素子を有し、 前記永久磁石並びに前記シャフトから構成される回転子
    が、上下に配置された前記磁性板に対して相対的に回転
    可能であり、前記永久磁石は概ね回転軸の方向に磁化さ
    れており、前記永久磁石が回転することにより、前記磁
    気感応素子を通過する磁束量が変動することを特徴とす
    る非接触式回転位置センサ。
  2. 【請求項２】前記請求項１に記載の非接触式回転位置セ
    ンサにおいて、永久磁石がリング状であることを特徴と
    する非接触式回転位置センサ。
  3. 【請求項３】前記請求項１に記載の非接触式回転位置セ
    ンサにおいて、永久磁石が半径方向にある幅をもつ円弧
    状であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
  4. 【請求項４】前記請求項１に記載の非接触式回転位置セ
    ンサにおいて、永久磁石が円盤状であることを特徴とす
    る非接触式回転位置センサ。
  5. 【請求項５】前記請求項２，４に記載の非接触式回転位
    置センサにおいて、永久磁石が回転軸方向から見て少な
    くとも２極に磁化されていることを特徴とする非接触式
    回転位置センサ。
  6. 【請求項６】前記請求項１から５までに記載の非接触式
    回転位置センサにおいて、永久磁石を上下から挟みこむ
    磁性板に突起状磁性体を配置する代わりに、磁性板の形
    状を両端に突起部位があるものにし、それを曲げて、上
    下２個の突起部位面で形成されるエアギャップに磁気感
    応素子を挿入することを特徴とする非接触式回転位置セ
    ンサ。
  7. 【請求項７】前記請求項１から６までに記載の非接触式
    回転位置センサにおいて、永久磁石と上下の磁性板の間
    のエアギャップの幅を、それぞれ０.５mm 以上、望まし
    くは１mm前後にしたことを特徴とする非接触式回転位置
    センサ。
  8. 【請求項８】外周が円形あるいは円弧状の永久磁石、前
    記永久磁石を支持固定するシャフト、前記永久磁石を半
    径方向外側から挟みこむ磁性板、前記磁性板の一部を細
    くして永久磁石からの磁束を絞り込む磁気回路、当該磁
    気回路の磁束を絞り込む部位の先に形成したエアーギャ
    ップ、当該エアーギャップ内に配置された磁気感応素子
    を備え、前記永久磁石並びに前記シャフトから構成され
    る回転子が、半径方向外側に配置された磁性板に対して
    相対的に回転可能であり、永久磁石は概ね半径方向に磁
    化されており、前記永久磁石が回転することにより、前
    記磁気感応素子を通過する磁束量が変動することを特徴
    とする非接触式回転位置センサ。
  9. 【請求項９】前記請求項８に記載の非接触式回転位置セ
    ンサにおいて、永久磁石が回転円周面上を一周にわたっ
    て見て、少なくとも２極に磁化されていることを特徴と
    する非接触式回転位置センサ。
  10. 【請求項１０】前記請求項１から９までに記載の非接触
    式回転位置センサにおいて、磁性材内部の磁束密度が
    ０.５Ｔ 以下であることを特徴とする非接触式回転位置
    センサ。
  11. 【請求項１１】前記請求項１から１０までに記載の非接
    触式回転位置センサにおいて、磁気感応素子がホール素
    子あるいはホールＩＣであることを特徴とする非接触式
    回転位置センサ。
  12. 【請求項１２】前記請求項１から１１までに記載の非接
    触式回転位置センサにおいて、磁性板と磁性板を固定す
    る部材を樹脂成形による一体加工で製作したことを特徴
    とする非接触式回転位置センサ。
  13. 【請求項１３】磁界発生源としての永久磁石、磁路形成
    のための磁性体ヨーク、並びに磁場を検出するための磁
    気感応素子から構成される非接触式回転位置センサにお
    いて、前記非接触式回転位置センサの収納カバーに磁性
    体カバーを取り付けることにより、あるいは、前記非接
    触式回転位置センサ収納カバーの上に別途専用カバーを
    設け、その専用カバーに磁性体カバーを取り付けること
    により、前記非接触式回転位置センサの近傍に配置され
    る別の磁性体が、磁気感応素子で検出される磁束密度信
    号に影響を与えないようにしたことを特徴とする非接触
    式回転位置センサ。
  14. 【請求項１４】前記請求項１から１２までに記載の非接
    触式回転位置センサにおいて、前記磁性板の突起状磁性
    体あるいは磁束を絞り込む部位の近くに、少なくとも一
    つの孔を設けたことを特徴とする非接触式回転位置セン
    サ。
  15. 【請求項１５】回転軸、 当該回転軸に固定された環状もしくは半環状磁石、 当該磁石を挟んで前記回転軸の軸線に沿った方向で前記
    磁石の厚みより大きな間隔を持って対面し、前記磁石と
    の対向面においては均一な空隙を有する磁性体組み体、 前記磁性体組み体に形成された、前記空隙より小さい空
    隙を有する一対の小空隙部、 当該小空隙部に設置された磁気感応素子を有する非接触
    式回転位置センサ。
  16. 【請求項１６】請求項１５に記載のものにおいて、 前記磁性体組み体は一対の磁性板から成る非接触式回転
    位置センサ。
  17. 【請求項１７】請求項１６に記載のものにおいて、 前記一対の磁性板は互いに四角形である非接触式回転位
    置センサ。
  18. 【請求項１８】請求項１７に記載のものにおいて、 前記一対の四角形の磁性板の少なくともいずれか一方に
    前記回転軸の中心軸線を通る仮想平面に沿った、前記磁
    性板を分割する分割空隙を有する非接触式回転位置セン
    サ。
  19. 【請求項１９】請求項１５に記載のものにおいて、 前記小空隙部は前記回転軸を挟んで対象位置に形成され
    ている非接触式回転位置センサ。
  20. 【請求項２０】請求項１９に記載のものにおいて、 前記小空隙部は対面する前記磁性体から互いの方向に突
    出する一対の突起の対面部に形成されている非接触式回
    転位置センサ。
  21. 【請求項２１】請求項１５に記載のものにおいて、 前記磁性体組み体は一対の磁性板から成り、 前記一対の磁性板の少なくともいずれか一方に前記回転
    軸の中心軸線を通る仮想平面に沿った、前記磁性板を分
    割する分割空隙を有し、 前記小空隙部は前記分割空隙を挟んで対象位置に形成さ
    れている非接触式回転位置センサ。
  22. 【請求項２２】絞り弁の一端部に取り付けられた環状も
    しくは半環状磁石、 前記絞弁が装備された本体に装着される樹脂カバー、 当該樹脂カバーに装着される補助カバー、 前記樹脂カバーと補助カバーとに取り付けられ、前記環
    状もしくは半環状磁石を挟んで磁路を形成する磁路形成
    部材、 前記磁路内にあって前記磁路を通る磁束を特定の箇所に
    集中させる磁束収束部、当該磁束収束部に取り付けら
    れ、前記絞り弁の回転に伴う前記磁束収束部の磁束変化
    を検出する磁気感応素子、からなる絞弁組立体。
  23. 【請求項２３】請求項２２に記載のものにおいて、 前記本体に装着され、前記絞弁を駆動するモータ、 前記モータと前記磁路との間に配置された磁性体、から
    なる絞弁組立体。
  24. 【請求項２４】請求項２３に記載のものにおいて、 前記磁性体が前記モータの回転を前記絞弁の回転軸に伝
    達する歯車もしくはこの歯車の回転軸である絞弁組立
    体。
  25. 【請求項２５】請求項２２に記載のものにおいて、 前記樹脂カバーは前記絞弁が装着された回転軸が挿通す
    る孔を有し、 前記樹脂カバー側に装着される磁性体には前記回転軸の
    直径より大きく、前記環状もしくは半環状磁石の直径よ
    り小さな孔がその中央に形成されており、 前記環状もしくは半環状磁石は前記孔を挿通した前記回
    転軸の端部に着自在に装着されている絞弁組立体。
  26. 【請求項２６】永久磁石、 この永久磁石の発生する磁束を通す磁路部材、 当該磁路部材と前記永久磁石との相対的回転に伴う磁路
    内の磁束変化を検出すべく前記磁路内に配置された磁気
    感応素子、 前記磁路部材と前記永久磁石との相対的回転に伴う磁路
    内の磁束変化と回転角との間の非線型特性を調整すべく
    前記磁気通路に設けたスリットを備えた非接触式回転位
    置センサ。
  27. 【請求項２７】永久磁石、 この永久磁石の発生する磁束を通す磁路部材、 当該磁路部材と前記永久磁石との相対的回転に伴う磁路
    内の磁束変化を検出すべく前記磁路内に配置された磁気
    感応素子、 前記磁路部材を通る磁束を前記磁気感応素子取り付け部
    に収束させるために前記磁路部材に設けた磁気抵抗部形
    成用スリットを備えた非接触式回転位置センサ。
  28. 【請求項２８】永久磁石、この永久磁石の発生する磁束
    を通す磁路部材、 当該磁路部材を通る磁束を特定の箇所に収束させるため
    に前記磁路部材に設けた磁気収束部、 前記磁路部材と前記永久磁石との相対的回転に伴う磁路
    内の磁束変化を検出すべく前記磁気収束部に配置された
    磁気感応素子、 前記磁路部材に非接触状態で当該磁路部材を包囲する磁
    気シールド用磁性部材を備えた非接触式回転位置セン
    サ。
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