JP2013190337A5 - - Google Patents

Description

回転角度検出装置

本発明は，回転軸に取り付けられ，回転軸の軸線と直交する一定方向に着磁された磁石と，この磁石の端面に対向配置され，この磁石と協働して前記回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する非回転の磁電変換素子とを備えてなる回転角度検出装置の改良に関する。

かゝる回転角度検出装置は，例えば，特許文献１に開示されるように既に知られている。

特開２００９−１９９２６号公報

図３に示すように，従来のかゝる回転角度検出装置における中実円筒状の磁石０１０は，磁電変換素子０１５に対向する端面０１０ａが，回転軸２の軸線Ｙに直交する平坦面に形成されている。このような磁石０１０の端面０１０ａが臨む磁界Ｍでは，弓形の磁束ｆの曲率は，磁石０１０の端面０１０ａから離れるにつれて減少していくので，回転角度検出装置のコンパクト化を図るべく，磁石０１０の端面０１０ａに磁電変換素子０１５を充分に近づけると，環境温度の変化や経年変化等により，磁石０１０及び磁電変換素子０１５の位置関係に僅かなずれが生じても，磁電変換素子０１５が感受する磁気が変化してしまい，回転角度の検出精度に影響が出る。そこで，従来では，回転角度の検出精度を安定させるために，磁石０１０の端面０１０ａから比較的離れた，弓形の磁束の曲率が比較的小さい個所に磁電変換素子０１５の感磁中心Ｃ０２を配置することが行われているが，この場合，回転角度検出装置のコンパクト化が困難となる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，磁石の端面近くの磁束の曲率を小さくさせ得て，その個所に磁電変換素子を配置することにより，コンパクトで回転角度検出精度を安定させることを可能にする前記回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，回転軸に取り付けられ，回転軸の軸線と直交する一定方向に着磁された磁石と，この磁石の端面に対向配置され，この磁石と協働して前記回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する非回転の磁電変換素子とを備えてなる回転角度検出装置において，前記磁石の端面に臨む磁界の磁束を偏平化して該磁石側に寄せるべく，前記磁石の端面に凹曲面を形成したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記磁石を磁性合成樹脂製とし，これを前記回転軸の端部にモールド成形したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記凹曲面を，前記回転軸の軸線上に中心を持つ凹状球面となし，その中心又はその近傍に前記磁電変換素子の感磁中心を位置させたことを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，磁石の端面に凹曲面を形成した分，磁石の端面に臨む磁界の磁束が磁石側へ変位することになり，その磁石の端面近くの磁束の曲率が減少する。したがって，回転角度検出装置のコンパクト化を図るべく，磁石に近接した個所に磁電変換素子を配置しても，磁電変換素子は，磁束の曲率が減少した個所で磁気を感受することができるので，磁石及び磁電変換素子の位置関係に多少のずれがあっても，磁電変換素子が感受する磁気の変化は極めて小さく，回転軸の回転角度の検出精度を安定させることができ，回転角度検出装置のコンパクト化及び回転角度検出精度の安定性を両立させることができる。

本発明の第２の特徴によれば，磁石を磁性合成樹脂製とし，これを前記回転軸の端部にモールド成形したことで，回転軸に磁石を取り付けるためのねじや接着，かしめ等の特別な取り付け手段が不要となり，製作が容易でコストの低減を図ることができる。しかも磁性合成樹脂への着磁は，回転軸へのモールド成形後に行うことになるから，回転軸の所定の基準角度位置と磁石の着磁方向とを正確に設定することができ，高精度の回転角度検出装置を得ることができる。

本発明の第３の特徴によれば，前記凹曲面を，回転軸の軸線上に中心を持つ凹状球面となし，その中心又はその近傍に磁電変換素子の感磁中心を位置させたことで，環境温度の変化や経年変化等により，磁石及び磁電変換素子間に多少の傾きが生じても，磁電変換素子が置かれる磁場の状態に殆ど変化が起こらず，回転軸の回転角度の検出精度を安定させることができる。

本発明の実施形態に係る回転角度検出装置の縦断面図。 上記回転角度検出装置における磁石の端面周りの磁界と磁電変換素子の位置との関係を示す縦断面図。 従来の回転角度検出装置における磁石の端面周りの磁界と磁電変換素子の位置との関係を示す縦断面図。

本発明の実施の形態を，添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず図１において，符号１は，エンジンの吸気系の一部を構成するスロットルボディであり，内部にエンジンの吸気ポートに連通する吸気道１ａを有する。このスロットルボディ１には，吸気道１ａを横断するように配置される回転軸２が回転自在に支承され，この回転軸２に，吸気道１ａを開閉するバタフライ型のスロットル弁３がねじ止めされる。回転軸２の一端部には，これをマニュアル操作するためのスロットルレバー又は自動操作するための電動モータ（何れも図示せず。）が連結され，その他端部には，スロットル弁３の開度を検出する本発明の回転角度検出装置５が接続される。

スロットルボディ１の両側面には，吸気道１ａの半径方向外方に突出する一対の円筒状の軸受ボス６（図には，その一方のみ示す。）が形成され，その一方の軸受ボス６の中空部，即ち装着孔６ａに，前記回転軸２を回転自在に支持するシール付きのボールベアリング７のアウタレース７ａが圧入され，その圧入深さは，アウタレース７ａが，装着孔６ａの底部６ｂに当接することで規制される。

前記回転角度検出装置５は，上記装着孔６ａの中心部に位置するよう回転軸２の先端部に結合される磁石１０と，軸受ボス６に取り付けられる磁電変換ユニット１１とよりなっている。

磁石１０は，回転軸２の端部と同径で中実円筒状をなす磁性合成樹脂製で，回転軸２の端部にモールド成形される。その際，磁石１０の，磁電変換ユニット１１における磁電変換素子１５に対向する端面１０ａには凹曲面１０ｂが形成される。図示例では，その凹曲面１０ｂとして回転軸２の軸線Ｙ上に中心Ｃ１を持つ凹状球面１０ｂが形成される。また回転軸２の外周面には，磁石１０の素材を食い込ませてそれとの結合強度を強化するアンカ溝１２が形成される。

この磁石１０は，回転軸２の軸線Ｙに直交する一定方向に着磁される。これにより磁石１０は，その所定の直径線上の対向位置にＮ，Ｓ極を有することになる。

磁電変換ユニット１１は，絶縁性合成樹脂製で円筒状のパッケージ１３と，このパッケージに，その外周面より突出するように一体成形されるカプラ１４と，中心部に埋設される磁電変換素子１５と，これら素子の出力信号を外部に取り出すべくカプラ１４に保持される複数の信号端子１７とよりなっており，磁電変換素子１５には，例えばホール素子が使用される。この磁電変換素子１５は，その感磁中心Ｃ２が前記磁石１０の凹状球面１０ｂの中心Ｃ１又はその近傍に来るように配置される。

円筒状のパッケージ１３の外周には，鋼板製で円筒状の磁性筒体１９がアウトサート成形により結合される。この磁性筒体１９には，カプラ１４の根元を受容する切欠き１９ａが設けられる。この磁性筒体１９はパッケージ１３と共に，前記軸受ボス６の装着孔６ａに軽圧入により嵌装されると共に，その内端がシム２１を介して前記ボールベアリング７のアウタレース７ａの外端面に当接するように配置される。

前記軸受ボス６の周壁には，パッケージ１３の外周面より突出したカプラ１４の根元を受け入れて磁電変換ユニット１１の装着孔６ａへの嵌装位置を規定する位置決め溝２３が設けられ，またパッケージ１３の内端面には，前記磁石１０を無接触で収容する凹部２４が設けられている。

前記軸受ボス６の外端面には，装着孔６ａの開口端に外向きの段部６ｄを介して連なる係止孔６ｃが設けられている。この係止孔６ｃは，装着孔６ａより大径で且つ充分に浅く形成され，また段部６ｄは，前記パッケージ１３及び磁性筒体１９の外端面と略面一に形成されている。磁電変換ユニット１１の装着孔６ａへの嵌装後，この係止孔６ｃに鋼板製の磁性蓋板２０が磁性筒体１９の外端面を押圧するところまで圧入される。

磁性蓋板２０は，その外周から中心に向かって外方へ膨らむように形成されていて，拡径方向の弾性力を有しており，磁性蓋板２０は，その弾性力により，外周縁を係止孔６ｃの内周面に食い込ませることで，軸受ボス６に強固に固着される。こうして，磁性蓋板２０は，磁電変換ユニット１１を装着孔６ａに保持すると共に，磁性筒体１９をシム２１を介してボールベアリング７のアウタレース７ａに当接させた状態に保持する。上記シム２１は，磁石１０とパッケージ１３との間に所定の軸方向間隙を付与すべく，換言すれば磁石１０と磁電変換素子１５との間の距離を規定通りに設定すべく，その板厚が選定される。而して，上記磁性筒体１９及び磁性蓋板２０によって，パッケージ１３の外周面及び外端面を覆う磁気シールド２６が構成される。尚，パッケージ１３の取り付け状態により磁石１０と磁電変換素子１５との間の距離を規定通りに設定し得る場合には，前記シム２１は不要となる。

次に，この実施形態の作用について説明する。

磁電変換素子１５は，磁石１０の端面１０ａが臨む磁界Ｍに配置され，それが感受する磁気に応じた電圧を発生する。而して，回転軸２に結合された磁石１０が，スロットル弁３の開度変化に応じて回転位置を変えると，磁電変換素子１５に対する磁石１０の磁界Ｍの方向の変化により磁電変換素子１５が感受する磁気量が変化するので，磁電変換素子１５の発生電圧が変化し，その電圧信号が，信号端子１７に接続される電子制御ユニットに出力され，そこでスロットル弁３の開度に演算され，そのデータはエンジンの燃料噴射量，点火時期等の制御に利用される。

ところで，回転軸２の端部にモールド成形された合成樹脂製の磁石１０は，磁電変換素子１５に対向する端面１０ａに凹曲面１０ｂが形成されるため，図２に示すように，磁石１０の磁界Ｍが上記凹曲面１０ｂの凹曲した分，磁石１０側へ変位することになり，その結果，磁石１０の端面１０ａに臨む弓形の磁束ｆの曲率が減少し，特に磁束ｆの中央部が偏平化することになる。そこで，回転角度検出装置５のコンパクト化を図るべく，従来の磁電変換素子０１５の位置よりも，磁石１０に充分近接した個所に磁電変換素子１５を配置しても，磁電変換素子１５は，磁束ｆの偏平化した個所で磁気を感受するので，磁石１０及び磁電変換素子１５の位置関係に多少のずれがあっても，磁電変換素子１５が感受する磁気の変化は極めて小さく，したがって回転軸２の回転角度の検出精度を安定させることができる。かくして，回転角度検出装置５のコンパクト化と，回転角度検出精度の安定性の両方を満足させることができる。

また，磁石１０の端面１０ａには，回転軸２の軸線Ｙ上に中心Ｃ１を持つ凹状球面１０ｂが形成され，その中心Ｃ１又はその近傍に磁電変換素子１５の感磁中心Ｃ２が配置されるので，環境温度の変化や経年変化により，磁石１０及び磁電変換素子１５間に多少の傾きが生じても，磁電変換素子１５が置かれる磁界Ｍの状態に殆ど変化が起こらず，回転軸２の回転角度の検出精度を安定させることができる。

さらに，磁石１０は磁性合成樹脂製とされ，回転軸２の端部にモールド成形されるので，回転軸２に磁石１０を取り付けるためのねじや接着，かしめ等の特別な取り付け手段が不要となり，製作が容易でコストの低減を図ることができる。しかも磁性合成樹脂への着磁は，回転軸２へのモールド成形後に行うことになるから，回転軸２の所定の基準角度位置と磁石１０の着磁方向とを正確に設定することができ，高精度の回転角度検出装置５を得ることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，本発明の回転角度検出装置は，スロットル弁３の開度検出に限らず，各種機器の回転角度検出装置に適用することができる。また前記磁電変換素子１５は，検出軸を互いに交差させる複数の磁電変換素子を内装してなる集積型磁電変換素子で構成することもできる。

ｆ・・・・・磁束
Ｃ１・・・・磁石の凹状球面の中心
Ｃ２・・・・磁電変換素子の感磁中心
Ｍ・・・・・磁界
Ｙ・・・・・回転軸の軸線
２・・・・・回転軸
５・・・・・回転角度検出装置
１０・・・・磁石
１０ａ・・・磁石の端面
１０ｂ・・・凹曲面（凹状球面）
１５・・・・磁電変換素子