JP2007263854A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で永久磁石の小型化が図られ、コストが低減される。
【解決手段】この発明に係る回転角検出装置は、シャフト４に取り付けられる筒形状の磁気回路６と、この磁気回路６の内部空隙に設けられた非接触センサ２４，２５とを備え、磁気回路６は、磁性材料からなり、互いに平行に対向した一対の平坦部２２ｂ，２３ｂを有する第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３と、平坦部２２ｂ，２３ｂ間の空隙で互いに磁束が平行な磁界が発生するように同方向に磁極を揃えた一対の永久磁石２０，２１とから構成され、非接触センサ２４，２５は、磁束の方位の変化を検出することでシャフト４の回転角を検出する。
【選択図】図３

Description

この発明は、磁束の方位の変化を検出することで回転体の回転角を検出する非接触センサを備えた回転角検出装置に関するものである。

従来、スロットルバルブの回転角度を検出する回転角検出装置として、角度センサをセグメント型の永久磁石で包囲し、さらに対向して配置した一対の永久磁石の外周を、リング状のヨークで包囲したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この回転角度センサでは、永久磁石のセグメント中心角を所定の値で管理することで、対向した永久磁石間で発生する磁力線が互いに平行な磁界が得られ、その結果永久磁石と角度センサとの間で多少の位置ズレが生じても角度センサが出力する信号に与える影響を少なく抑えている。

特開２００４−３３２６３２号公報（図５〜図９）

しかしながら、上記回転角検出装置では、永久磁石の周長が長くなり、永久磁石の大型化によりコストが増大し、また永久磁石に対する高い加工精度を得るために加工工程の増加を招く等の問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、永久磁石の周長を短縮して永久磁石を小型化できる等の回転角検出装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回転角検出装置は、回転体に取り付けられる筒形状の磁気回路と、この磁気回路の内部空隙に設けられた非接触センサとを備え、前記磁気回路は、磁性材料からなり、互いに平行に対向した一対の平坦部を有するヨークと、前記平坦部間の前記空隙で互いに磁束が平行な磁界が発生するように同方向に磁極を揃えた一対の永久磁石とから構成され、前記非接触センサは、前記磁束の方位の変化を検出することで前記回転体の回転角を検出する。

この発明に係る回転角検出装置によれば、永久磁石の周長を短縮して永久磁石を小型化できる等の効果がある。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の回転角検出装置が組み込まれたエンジン用吸気制御装置１（以下、吸気制御装置と呼ぶ）の正面図、図２は図１の正断面図である。
この吸気制御装置１では、直流電流により駆動する駆動モータ１２の軸に平歯車１１が固定されている。この平歯車１１には樹脂製の減速歯車１０が歯合している。この減速歯車１０は、扇形形状で樹脂製のスロットル歯車９が歯合している。このスロットル歯車９には、非磁性材料で構成されカップ状の有底部材１３が埋設されている。
この有底部材１３の内側には、図３及び図４に示すほぼ円筒形状の磁気回路６が設けられている。この磁気回路６及び有底部材１３は、インサート成形によりスロットル歯車９と一体化されている。有底部材１３は、回転体であるシャフト４の端部に固定されている。このシャフト４は、吸気通路が形成されたボディ２に対して第１の軸受１４ａ、第２の軸受１４ｂを介して回転自在に支持されている。シャフト４には絞り弁３が固定されている。この絞り弁３は、スロットル歯車９を介して伝達されたスプリング５の弾性力により、常に吸気通路を閉じる方向に付勢されている。

ボディ２の片面側には、平歯車１１、減速歯車１０及びスロットル歯車９を覆ったカバー７が設けられている。このカバー７には、磁気回路６とともに回転角検出装置を構成する、第１の非接触センサ２４及び第２の非接触センサ２５がインサート成形により一体化されている。

上記磁気回路６は、磁性材料からなり対向した一対の第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３と、例えば第１のヨーク部２２の両端面側がＮ極、第２のヨーク部２３の両端面側がＳ極になるように配置された、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１とから構成されている。第１のヨーク部２２及び第２のヨーク部２３は、同一形状であり、それぞれ両端部に湾曲形状の湾曲部２２ａ，２３ａを有しており、中間部に平坦部２２ｂ,２３ｂを有している。第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１は同一厚さ、即ち同一断面形状である。

第１の非接触センサ２４、第２の非接触センサ２５は、シャフト４の軸線上に配置され、また磁気回路６の内部空隙で中心線上に設けられている。
第１の非接触センサ２４、第２の非接触センサ２５は、フェールセーフとして一対設けられている。第１の非接触センサ２４は、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１からの磁束の方向を検出してシャフト４の回転角を検出する磁気抵抗素子が内蔵された第１の磁気検出部２４ａと、第１の磁気検出部２４ａからの出力信号を演算処理する第１の出力演算部２４ｂとから構成されている。
第２の非接触センサ２５は、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１からの磁束の方向を検出してシャフト４の回転角を検出する磁気抵抗素子が内蔵された第２の磁気検出部２５ａと、第２の磁気検出部２５ａからの出力信号を演算処理する第２の出力演算部２５ｂとから構成されている。

上記構成の吸気制御装置では、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度センサ（図示せず）からのアクセル開度信号がエンジン制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）に入力される。ＥＣＵでは絞り弁３が所定の開度となるように駆動モータ１２に通電し、駆動モータ１２の軸が回転する。そして、軸と共に平歯車１１、減速歯車１０、スロットル歯車９が回転する。これにより、スロットル歯車９と一体のシャフト４が所定の回転角度だけ回転し、ボディ２に形成された吸気通路内において絞り弁３は所定の回転角度に保持される。

一方、磁束方位検出型である第１の磁気検出部２４ａ及び第２の磁気検出部２５ａは、シャフト４と一体に回転する第１の永久磁石２０、第２の永久磁石２１からの磁力線の方位を検出する。そして、第１の磁気検出部２４ａ及び第２の磁気検出部２５ａからの出力信号が第１の出力演算部２４ｂ、第２の出力演算部２５ｂで演算処理された後、ＥＣＵに絞り弁３の開度信号として送られる。この開度信号によってＥＣＵはどれだけ燃料をシリンダ内に噴射するかを判断する。
平坦部２２ｂと平坦部２３ｂとの間における磁力線の回転範囲は絞り弁３が全閉である０°から全開である９０°の範囲であり、この範囲では、第１の磁気検出部２４ａ及び第２の磁気検出部２５ａは、絞り弁３の回転角度に対してそれぞれリニアリティに応答する。

上記構成の吸気制御装置１の回転角検出装置では、第１の永久磁石２０から発生する磁束は、図３の矢印Ａの方向に、即ち第１の永久磁石２０のＮ極、第１のヨーク部２２、内部空隙、第１の非接触センサ２４・第２の非接触センサ２５、第２のヨーク部２３及び第１の永久磁石２０のＳ極により形成された磁気経路に沿って流れる。
また、第２の永久磁石２１から発生する磁束は、図３の矢印Ｂの方向に、即ち第２の永久磁石２１のＮ極、第１のヨーク部２２、内部空隙、第１の非接触センサ２４・第２の非接触センサ２５、第２のヨーク部２３及び第２の永久磁石２１のＳ極により形成された磁気経路に沿って流れる。

このように磁気回路６及び第１非接触センサ２４・第２の非接触センサ２５を備えた回転角検出装置では、第１の永久磁石２０、第２の永久磁石２１で発生する磁束の大部分は、互いに平行な平坦部２２ｂ，２３ｂ間の内部空隙に設けられた第１の磁気検出部２４ａ・第２の磁気検出部２５ａを通過しており、従来のものと比較して第１の永久磁石２０、第２の永久磁石２１を大幅に小型化することができる。
また、平坦部２２ｂ及び平坦部２３ｂ間に配置された第１の磁気検出部２４ａ・第２の磁気検出部２５ａの領域では、互いに磁束が平行な磁界が発生しているので、磁気回路６と第１の磁気検出部２４ａ・第２の磁気検出部２５ａとの間で多少の位置ズレが生じても第１の非接触センサ２４・第２の非接触センサ２５が出力する信号に及ぼす影響は少ない。

また、第１のヨーク部２２及び第２のヨーク部２３の形状を変更することで、対向した、平坦部２２ｂ及び平坦部２３ｂ間の距離を任意に設定することができ、この距離により第１の磁気検出部２４ａ・第２の磁気検出部２５ａへの磁束密度を所望の値に調整することができる。

また、磁気回路６は有底部材１３に対して所定の位置にインサート成形で一体化する必要があるが、その際金型内での磁気回路６の周方向の位置決めは、平坦部２２ｂ及び平坦部２３ｂを利用することで簡単に位置決めされる。

また、図４から分かるように、第１の磁気検出部２４ａ、第２の磁気検出部２５ａは、円筒形状の磁気回路６の内部中心部に配置されているので、第１の磁気検出部２４ａ、第２の磁気検出部２５ａに対する外部からの電磁波の影響を低く抑えることができる。

また、互いに対向した平坦部２２ｂと平坦部２３ｂとは、同じ幅でかつ同じ肉厚であるので、第１の磁気検出部２４ａ・第２の磁気検出部２５ａが、互いに磁束が平行な磁界が発生している領域の中心部から多少の位置ズレが生じても第１の非接触センサ２４・第２の非接触センサ２５が出力する信号に及ぼす影響は少ない。従って、第１の非接触センサ２４・第２の非接触センサ２５と磁気回路６との間の組み付け精度の公差が緩和される。

なお、平坦部２２ｂ，２３ｂ及び湾曲部２２ａ，２３ａは、ともに同じ幅でかつ同じ肉厚であるが、平坦部２２ｂ，２３ｂは、湾曲部２２ａ，２３ａよりも薄くする、即ち断面積を小さくしてもよい。
このようにすることで、平坦部２２ｂ，２３ｂの磁束密度は、湾曲部２２ａ，２３ａの磁束密度よりも高くなり、平坦部２２ｂでの漏れ磁束が大きくなるので、第１の非接触センサ２４・第２の非接触センサ２５に向かう磁束が増加し、第１の磁気検出部２４ａ・第２の磁気検出部２５ａでの磁束密度が高くなる。その結果、検出誤差に悪影響を与える外部からの電磁波侵入による影響がより低減される。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２における回転角検出装置の磁気回路３０を示す平面図、図７は図６の磁気回路３０のＶＩI−ＶＩI線に沿った矢視断面図である。
この実施の形態では、磁気回路３０は、対向して形成された一対の切欠き部３２を有し、また底部に貫通穴１００が形成された円筒状のヨーク３１と、切欠き部３２に嵌着された第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１とから構成されている。ヨーク３１は、切欠き部３２の両側には湾曲部３１ａが形成されている。湾曲部３１ａ間には、互いに対向した平坦部３１ｂが形成されている。
他の構成、作用は、実施の形態１と同じである。

この実施の形態では、ヨーク３１は一部品であり、実施の形態１の回転角検出装置と比較して部品点数を低減することができる。
また、平坦部３１ｂの対向位置精度は、ヨーク３１の加工精度の管理のみで得ることができる。
また、貫通穴１００の周囲の鍔部３１ｃは、ヨーク３１の底部側から内部への電磁波の侵入を阻止するので、電磁波に対してシールドを強化したい方向に底部を向けて配置することで、例えば車両によって異なるエンジンルーム内のレイアウトに応じて吸気制御装置１に近接する電磁界発生製品からの電磁波に対して、その影響がより低減される。
その他の効果は、実施の形態１と同じである。

なお、この発明に係る回転角検出装置は、絞り弁の開度を検出するエンジン用吸気制御装置以外の各種の回転体の回転角を検出する装置にも適用することができるのは勿論である。

この発明の実施の形態１における回転角検出装置が組み込まれたエンジン用吸気制御装置の正面図である。 図１の正断面図である。 図２に示された磁気回路の平面図である。 図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 有底部材及び磁気回路がインサート成形により一体化されるときの図である。 この発明の実施の形態２における回転角検出装置の磁気回路を示す平面図である。 図６の磁気回路のＶＩI−ＶＩI線に沿った矢視断面図である。

符号の説明

２ ボディ、３ 絞り弁、４ シャフト、６，３０ 磁気回路、１３ 有底部材、２０ 第１の永久磁石、２１ 第２の永久磁石、２２ 第１のヨーク部、２２ｂ 平坦部、２３ 第２のヨーク部、２３ｂ 平坦部、２４ 第１の非接触センサ、２４ａ 第１の磁気検出部、２４ｂ 第１の出力演算部、２５ 第２の非接触センサ、２５ａ 第２の磁気検出部、２５ｂ 第２の出力演算部、３１ ヨーク、３１ｂ 平坦部。

Claims (5)

1. 回転体に取り付けられる筒形状の磁気回路と、この磁気回路の内部空隙に設けられた非接触センサとを備え、
   前記磁気回路は、磁性材料からなり、互いに平行に対向した一対の平坦部を有するヨークと、前記平坦部間の前記空隙で互いに磁束が平行な磁界が発生するように同方向に磁極を揃えた一対の永久磁石とから構成され、
   前記非接触センサは、前記磁束の方位の変化を検出することで前記回転体の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記ヨークは、同一形状で中間部に前記平坦部を有するとともに両端面に前記永久磁石が当接した、一対の第１のヨーク部及び第２のヨーク部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記ヨークは、前記永久磁石が嵌着される一対の切欠き部を有する筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
4. 前記ヨークの内で前記平坦部の断面積が小さいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転角検出装置。
5. 一対の前記平坦部は、幅及び肉厚が同一であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転角検出装置。

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