JP2005037317A - 角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】製造加工が容易で、正確な検出が可能な角度センサを提供する。
【解決手段】軸に取付けられた磁石の外周側にリング状の磁束案内部材が配置され、前記磁石の磁束変化を磁気検出素子で検出して前記軸の回転角度を検出するようになっている角度センサにおいて、前記磁束案内部材の複数箇所に切込み溝を設けて連結部で一体構造とし、前記切込み溝に前記磁気検出素子を配設する。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁気検出素子を用いた角度センサに関し、特に自動車等のカム軸等の角度測定に最適な角度センサに関する。

従来の角度センサは図３に示すように、軸１の周りに２極に着磁された磁石２が配設されており、磁石２の周りに環状の磁束案内部材３が配設されている。そして、磁束案内部材３は４個に分割されており、その４個の磁束案内部材３の各隙間にホール素子４，５，６，７が配置されている。また、磁束案内部材３はハウジング等の内周面に固定されている。
特表２００２−５０６５３０

しかしながら、図３に示す従来の角度センサでは、磁束案内部材３が４個の独立部品となっているため、４個の配置に位置決め治具が必要であった。そのため、位置決め治具と磁束案内部材３の隙間分が配置誤差となり、その結果、各磁束案内部材３の間を流れる磁束密度に差が生じ、角度の測定精度が悪くなることがあった。また、ホール素子４，５，６，７を配置する４箇所の隙間の寸法を同一にしなければならないが、各隙間の寸法を同一にすることが難しかった。

更に、磁束案内部材３をハウジング等の内周面に接着剤などで固定する必要があった。そのため、磁束案内部材３は磁石２に常に吸引されているため、使用中に経年変化で接着強度が低下すると、磁気吸引力によって磁束案内部材３が剥がれるといった問題があった。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、製造加工が容易で、経年変化も少なく正確な検出が可能な角度センサを提供することにある。

本発明は、軸に取付けられた磁石の外周側にリング状の磁束案内部材が配置され、前記磁石の磁束変化を磁気検出素子で検出して前記軸の回転角度を検出するようになっている角度センサに関し、本発明の上記目的は、前記磁束案内部材の少なくとも１箇所以上に切込み溝を設けて連結部で一体構造とし、前記切込み溝に前記磁気検出素子を配設することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記切込み溝を前記磁束案内部材の外周側に設けることにより、或いは前記切込み溝を前記磁束案内部材の内周側に設けることにより、或いは前記磁気検出素子がホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子又はＭＩ素子であることにより、より効果的に達成される。

更に、本発明の上記目的は、軸に取付けられたリング状の磁石と、前記磁石と同一軸に配設された円形平板状の磁束案内部材とを配置し、前記磁束案内部材の周縁の厚み方向の少なくとも１箇所以上に切込み溝を設け、前記切込み溝に磁気検出素子を配設することにより達成される。前記磁気検出素子をプリント基板に取付けることにより、より効果的に達成される。

本発明の角度センサによれば、４箇所の磁束案内部材の一部分を連結し、磁束案内部材を一体の部材としているので、取付け時に案内治具が不要である。そのため、４箇所の磁束案内部材の角度配置を正確に構成することができる。特に１個のリングに機械加工などで切込み溝を形成する方式とすると、機械加工精度で磁束案内部材の円周長さやホール素子を配置するための隙間の寸法が決まるため、精度良く加工することができる。

本発明では４箇所の磁束案内部材の一部分を連結部で連結し、磁束案内部材を一体の部材としているので、取付け時に位置決め治具が不要である。そのため、４箇所の磁束案内部材の角度配置を正確に構成することができる。特に１個のリングに機械加工などで切込みを入れる製造方式にすると、機械加工精度で磁束案内部分の円周長さやホール素子を配置するための隙間の寸法が決まるため、精度良く加工することができる。また、一体の部品をハウジング等の内周面に接着剤などで固定するだけで良いので、磁束案内部材の取付け工数を格段に少なくすることができる。従来は不可能であったハウジング等の内周面への圧入による磁束案内部材の固定も可能となる。

更に、本発明では、連結部で他の磁束案内部材と連結して磁束案内部材を一体としているため、磁束案内部材が磁石に吸引されたとしても剥がれることがなく、長期にわたって信頼性を確保することができる。

次に、本発明の一実施例を図１に示し説明する。

リング状の磁束案内部材１０に円周上４箇所（等配）に断面矩形状の切込み溝１１Ａ〜１１Ｄが設けられ、磁束案内部材１０の内周側が連結部１２Ａ〜１２Ｄで繋がった一体構造となっている。切込み溝１１Ａ〜１１Ｄの各隙間は、磁束検出素子であるホール素子１３Ａ〜１３Ｄが丁度入る寸法となっている。一般的にホール素子の厚みは２ｍｍ以下であり、２ｍｍ以下の寸法が望ましい。なお、図１の１４は軸であり、１５は磁石である。

ここにおいて、連結部１２Ａ〜１２Ｄの断面積は小さい方が良い。連結部１２Ａ〜１２Ｄの断面積を小さくすればするほど、隙間部分（切込み溝１１Ａ〜１１Ｄ）を流れる磁束の量が多くなるので良い。この際、連結部１２Ａ〜１２Ｄの磁束は、材料の飽和磁束密度以上の磁束が流れるようにすると、連結部１２Ａ〜１２Ｄから漏れる磁束の量が多くなるので好ましい。即ち、連結部１２Ａ〜１２Ｄの磁束密度が材料の飽和磁束密度以下の場合、磁束の大部分はこれら連結部１２Ａ〜１２Ｄを通過するので、ホール素子１３Ａ〜１３Ｄを通る磁束の量が少なくなり、測定感度が小さくなってしまう。それに対し、連結部１２Ａ〜１２Ｄの断面積を小さくし、飽和磁束密度以上の磁束が流れるように設計すると、連結部１２Ａ〜１２Ｄから磁束が漏れ、隙間部分（切込み溝１１Ａ〜１１Ｄ）を通過する磁束の量が多くなり、ホール素子１３Ａ〜１３Ｄの検出感度が向上する。

なお、連結部１２Ａ〜１２Ｄはリング状の磁束案内部材１０の外周側に設けても良いが（この場合、切欠き溝１１Ａ〜１１Ｄは内周側）、図１に示すように内周側に設ける方が機械加工が容易な点で好ましい。そして、ホール素子１３Ａ〜１３Ｄの内周側に連結部１２Ａ〜１２Ｄが来ることになるので、ホール素子１３Ａ〜１３Ｄと磁石１５が接触することがなく、信頼性も向上する。また、図１（Ｂ）に示すように磁束案内部材１０の端面側にプリント基板を取付け、そのプリント基板にホール素子１３Ａ〜１３Ｄを半田付けするようにしても良い。

なお、連結部１２Ａ〜１２Ｄは磁束案内部材１０の内周側又は外周側だけでなく、端面側に設けても良い。この際、連結部１２Ａ〜１２Ｄと反対側にプリント基板を取付けると良い。

次に、本発明の他の実施例を図２に示して説明する。本例は、リング状の磁石２０と、円形平板状の磁束案内部材２１とを同一軸方向に重ねた構造となっており、磁束案内部材２１の周縁の厚み方向（平面方向）に４箇所の切欠き溝２２を加工して連結部２３を形成している。本例では、連結部２３は磁束案内部材２１の磁石２０側の切欠き溝２２内には磁気検出素子としてのホール素子２４が配設され、その外側にはプリント基板２５が当接されている。プリント基板２５は接着剤やねじ止めで取付けられ、プリント基板２５にリード付きのホール素子２４を半田付けしている。従って、磁束案内部材２１と、ホール素子２４と、プリント基板２５とを一体として取扱うことができる。

このような構成において、軸（図示せず）に連結された磁石２０が回転すると、磁石２０に基づく磁束変化がホール素子２４で検知され、これによって軸の回転角度が検出される。

本例によれば、磁束案内部材２１の一方の平面から切欠き溝２２を加工できるので、加工が容易で加工能率が向上する。また、このような形状の場合は、磁束案内部材２１をプレスなどで成形することも可能となり、更に低コスト化が可能である。

なお、連結部２３の位置は磁石２０側又は反磁石側のどちらでも良いが、ホール素子２４と磁石２０が直接接触する可能性のない方が良いので、連結部２３の位置は磁石２０側の方が好ましい。つまり、図２に示すように切欠き溝２２を磁束案内部材２１の外方に設けることが望ましい。また、上述では磁束検出素子としてホール素子を例に挙げているが、ホール素子以外にＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子、ＧＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）素子、ＭＩ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子等を使用することができる。磁束検出素子は切欠き溝内に接着剤などで固定するのが良い。この際、隙間内を接着剤や樹脂でモールドすると、防湿の効果も向上するので更に好ましい。

更に、磁気検出素子の配置は上記実施例のような等配４箇所だけでなく、直角２箇所又は対向２箇所でも良い。直角２箇所の場合は磁束分布を均一化するため、切欠き溝は４箇所のままが良い。対向２箇所の場合は切欠き溝は４箇所のままで良いが、対向２箇所のみに切欠き溝を設けた方が、磁気抵抗が少なくなるので好ましい。

また、磁石をセットした状態で、角度基準で１周の出力値を測定し、その出力値を表に取込むことで、波形の乱れなどをキャンセルすることができ、角度の値を正確に測定することができる。

本発明の角度センサは、自動車等のカム軸やクランク軸等の角度測定に最適である。また、その他の角度測定にも有効であり、３６０度の角度測定が必要な用途に使用できる。

本発明の一実施例を示す構造図である。 本発明の他の実施例を示す構造図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）は一部詳細図である。 従来の角度センサの構造図である。

符号の説明

１０、２１ 磁束案内部材
１１Ａ〜１１Ｄ 切欠き溝
１２Ａ〜１２Ｄ 連結部
１３Ａ〜１３Ｄ ホール素子
１４ 軸
１５、２０ 磁石
２２ 切欠き溝
２３ 連結部
２４ ホール素子
２５ プリント基板

Claims (6)

1. 軸に取付けられた磁石の外周側にリング状の磁束案内部材が配置され、前記磁石の磁束変化を磁気検出素子で検出して前記軸の回転角度を検出するようになっている角度センサであり、前記磁束案内部材の少なくとも１箇所以上に切込み溝を設けて連結部で一体構造とし、前記切込み溝に前記磁気検出素子を配設したことを特徴とする角度センサ。
2. 前記切込み溝は前記磁束案内部材の外周側に設けられている請求項１に記載の角度センサ。
3. 前記切込み溝は前記磁束案内部材の内周側に設けられている請求項１に記載の角度センサ。
4. 前記磁気検出素子がホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子又はＭＩ素子である請求項１乃至３のいずれかに記載の角度センサ。
5. 軸に取付けられたリング状の磁石と、前記磁石と同一軸に配設された円形平板状の磁束案内部材とが配置され、前記磁束案内部材の周縁の厚み方向の少なくとも１箇所以上に切込み溝を設け、前記切込み溝に磁気検出素子を配設したことを特徴とする角度センサ。
6. 前記磁気検出素子がプリント基板に取付けられている請求項１乃至５のいずれかに記載の角度センサ。

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