JP2008128857A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触センサに対する磁束の指向性が向上するとともに、永久磁石の周方向の位置決め機構、位置決め部品が廃止でき、またインサート成形の作業性が向上した回転角検出装置を得る。
【解決手段】この発明に係る回転角検出装置は、シャフトに固定されるとともに、永久磁石７がインサート成形で一体化されて構成されたインサート成形体２０と、このインサート成形体２０に形成された内部空間に配置された非接触センサとを備え、非接触センサは、永久磁石７で発生する磁力線の方位を検出することで、シャフトの回転角を検出する回転角検出装置において、永久磁石７は、円筒形状であり、インサート成形体２０が成形された後に、内部空間に平行な磁力線が発生するように着磁される。
【選択図】図６

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、スロットル弁の回転角度検出装置として、一対の対向したセグメント型永久磁石で非接触センサを包囲し、さらにこの永久磁石の外周を、円筒形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１）。
このものの場合、非接触センサの検出精度の向上を図るために、それぞれ単体の永久磁石の形状を円弧形状にして、平行磁界を得ている。

特開２００４−３３２６３２号公報（図６、図７）

しかしながら、上記回転角検出装置では、例えば一対の永久磁石をインサート成形によりスロットル歯車部を有するインサート成形体を成形する場合において、対向した永久磁石の対称性が崩れた場合、磁束の指向性が低下するという問題点があった。
また、一対の永久磁石が周方向の所定の位置に配置されないと、磁束の方位に誤差が生じ、それを避けるために、成形金型において永久磁石の位置決め機構、位置決め部品を設けなければならないという問題点もあった。
さらに、着磁された永久磁石をインサート部品としてインサート成形体を成形する際には、永久磁石が成形金型に吸着し、インサート成形の作業性が悪いという問題点もあった。

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、磁束の指向性が向上するとともに、永久磁石の周方向の位置決め機構、位置決め部品が廃止でき、またインサート成形の作業性が向上した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では、回転体に固定されるとともに、永久磁石がインサート成形で一体化されて構成されたインサート成形体と、このインサート成形体に形成された内部空間に配置された非接触センサとを備え、前記非接触センサは、前記永久磁石で発生する磁力線の方位を検出することで、前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記永久磁石は、円筒形状であり、前記インサート成形体が成形された後に、前記内部空間に平行な磁力線が一方向に発生するように着磁されている。

この発明に係る回転角検出装置によれば、磁束の指向性が向上するとともに、永久磁石の周方向の位置決め機構、位置決め部品が廃止でき、またインサート成形の作業性が向上する。

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、吸気制御装置と略称する）の正面図、図２は図１の吸気制御装置を示す正断面図である。
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２の軸に平歯車３が固定されている。この平歯車３には樹脂製の減速歯車４が歯合している。この減速歯車４は、インサート成形体２０のスロットル歯車部５が歯合している。

図３は図２のインサート成形体２０の断面図、図４は図３のインサート成形体２０のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。
このインサート成形体２０は、金属プレート６と、円筒形状の等方性の永久磁石７と、この永久磁石７の外周面に面接触した円筒形状のヨーク８とがインサート成形により一体化されており、また扇形形状のスロットル歯車部５を縁部に有している。
スロットル歯車部５を形成する樹脂は、永久磁石７及びヨーク８の端面と金属プレート６との間に介在して高インピーダンス部材２２を形成しており、また永久磁石７の内壁面を覆って保護層２１を形成している。

金属プレート６は、中心部に小判形状の孔９が形成されている。
この金属プレート６は、孔９が嵌入可能に予め形成されたシャフト１１の端部に嵌入された後、端部をカシメ、潰すことでシャフト１１に固定されている。この回転体であるシャフト１１は、吸気通路が形成されたボディ１２に対して第１の軸受１３、第２の軸受１４を介して回転自在に支持されている。シャフト１１にはスロットル弁１５が固定されている。このスロットル弁１５は、スプリング１６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１２の片面側には、平歯車３、減速歯車４及びスロットル歯車部５を覆ったカバー１７が設けられている。このカバー１７には、永久磁石７及びヨーク８とともに回転角検出装置を構成する、非接触センサ１８がインサート成形により一体化されている。

非接触センサ１８は、シャフト１１の軸線上であって、円筒形状の永久磁石７の内部空間の中心線上に設けられている。
永久磁石７は、図５において、内周側の下半周をＮ極、内周側の上半周をＳ極、外周側の下半周をＳ極、外周側の上半周をＮ極の２極着磁されており、永久磁石７の磁束流れは、内周側のＮ極から永久磁石７の内部空間を通過して内周側のＳ極に入る。その後、Ｓ極で左右に分岐した磁束は、ヨーク８を半周流れて元のＮ極に戻る。
永久磁石７の内部空間では、中央部において磁力線が平行な平行磁界が生じている。

この永久磁石７は、インサート成形体２０が成形された後に、着磁ヨーク及び着磁ヨークに巻装された着磁コイルを備えた着磁装置を用いて着磁される。
図６は永久磁石７が着磁される様子を示す図である。空心の着磁コイル３０の中心部にインサート成形体２０を載置し、この後着磁コイル３０に電流を流し、着磁コイル３０の空心に平行磁界を生じさせることで、永久磁石７は、内部空間の中央部において磁力線が平行な平行磁界が生じるように着磁される。

非接触センサ１８は、永久磁石７の磁束の方向を検出してシャフト１１の回転角を検出する磁気抵抗素子が内蔵された磁気検出部（図示せず）と、磁気検出部からの出力信号を演算処理する出力演算部（図示せず）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と略称する）に入力される。ＥＣＵではスロットル弁１５が所定の開度となるように駆動モータ２に通電し、駆動モータ２の軸が回転する。そして、軸と共に平歯車３、減速歯車４、スロットル歯車部５が回転する。これにより、スロットル歯車部５と一体のシャフト１１が所定の回転角度だけ回転し、ボディ１２に形成された吸気通路内においてスロットル弁１５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非接触センサ１８は、磁気検出部がシャフト１１と一体に回転する永久磁石７からの磁力線の方位を検出する。そして、磁気検出部からの出力信号が出力演算部で演算処理された後、ＥＣＵにスロットル弁１５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。

磁力線の回転範囲は、スロットル弁１５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、非接触センサ１８は、スロットル弁１５の回転角度に対してそれぞれリニアリティに応答する。

以上説明したように、この実施の形態による回転角検出装置によれば、永久磁石７は、円筒形状であり、またインサート成形体２０が成形された後に着磁されるので、成形金型内での永久磁石７の周方向の位置決め機構、位置決め用部品が不要となる。
また、対向した一対の永久磁石を用いた場合に生じる永久磁石同士の位置ずれが原因となる、平行磁界の指向性の低下が防止される。
また、永久磁石７は、２極の磁極形成が同時に行われるので、例えば個々の異なるロットで着磁された一対の永久磁石を用いた場合に生じる永久磁石同士の磁束量のばらつきが発生するようなことはなく、均一な平行磁界を確保し易い。

また、永久磁石７は、等方性磁石を用いているので、永久磁石７の全周にわたって着磁ムラのない均一な着磁状態が得られる。
また、永久磁石７は、インサート成形体の成形後に着磁されるので、着磁された永久磁石をインサート部品としてインサート成形する際に生じる、永久磁石への異物の付着、永久磁石の成形金型への吸着は発生せず、インサート成形の作業性が向上する。
また、スロットル歯車部５と永久磁石７で生じる平行磁界との角度関係は、着磁装置の着磁方向を変えることで変えることができる。従って、非接触センサ１８とスロットル歯車部５とが異なるレイアウトの吸気制御装置に対しても、永久磁石７が着磁される前のインサート成形体２０を共通化でき、着磁方向のみの変更で対応することができ、吸気制御装置の新たな展開が容易となる。

また、永久磁石７の外側全周を囲ったヨーク８は、磁気通路としての機能を果たしており、磁束の外部への漏れ量が低減される。

実施の形態２．
図７は実施の形態２の吸気制御装置１のインサート成形体２０が着磁される様子を示す図である。
この実施の形態では、着磁ヨーク３２及び着磁ヨーク３２に巻装された着磁コイル３０を備えた着磁装置３１のうち、着磁ヨーク３２及び着磁コイル３０が永久磁石７の内側に設置されており、永久磁石７は、着磁装置３１の作動により内側から与えられる着磁磁界により着磁される。
着磁ヨーク３２は、図７に示すように、両側に円弧形状の着磁部３３を有しており、この着磁部３３に対向した永久磁石７の領域が着磁される。
他の構成は、実施の形態１と同じである。

この吸気制御装置によれば、永久磁石７の外側全周をヨーク８が囲っているので、永久磁石７は、着磁装置３１の作動により内側から与えられる着磁磁界により、効率良く着磁される。
他の作用、効果については、実施の形態１と同じである。

なお、上記実施の形態１，２では、スロットル弁の開度を検出するエンジン用吸気制御装置に組み込まれた回転角検出装置について説明したが、この発明は、このもの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。
また、上記実施の形態１，２では、永久磁石７の外周に、磁気通路としての機能を果たし、また磁束の外部への漏れ量を低減させるヨーク８を備えた回転角検出装置について説明したが、この発明は、ヨーク８を有しない回転角検出装置にも適用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のエンジン用吸気制御装置の正断面図である。 図２のインサート成形体の断面図である。 図３のインサート成形体のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 図１のインサート成形体における磁気通路を示す図である。 図１のインサート成形体の永久磁石が着磁される様子を示す図である。 この発明の実施の形態２の回転角検出装置におけるインサート成形体の永久磁石が着磁される様子を示す図である。 図７の永久磁石の着磁範囲を示す図である。

符号の説明

１ エンジン用吸気制御装置、２ 駆動モータ、５ スロットル歯車部、８ ヨーク、１１ シャフト（回転体）、１５ スロットル弁、１８ 非接触センサ、２０ インサート成形体。

Claims (6)

1. 回転体に固定されるとともに、永久磁石がインサート成形で一体化されて構成されたインサート成形体と、
   このインサート成形体に形成された内部空間に配置された非接触センサとを備え、
   前記非接触センサは、前記永久磁石で発生する磁力線の方位を検出することで、前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、
   前記永久磁石は、円筒形状であり、前記インサート成形体が成形された後に、前記内部空間に平行な磁力線が発生するように着磁されることを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記永久磁石の外側には、外壁面に面接触した円筒形状のヨークが設けら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. 前記永久磁石は、等方性磁石であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角検出装置。
4. 前記永久磁石は、外側から与えられる着磁磁界により着磁される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. 前記永久磁石は、内側から与えられる着磁磁界により着磁される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。
6. 前記インサート成形体は、駆動モータからの駆動により回転するスロットル歯車部を有しており、このスロットル歯車部の回転により、エンジンの空気量を調整するスロットル弁が作動することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の回転角検出装置。

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