JP2013190338A - Rotation angle detection device - Google Patents
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Description
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回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する磁電変換素子及び,非回転の構造体に取り付けられ,前記磁電変換素子を内設する合成樹脂製のパッケージよりなる磁電変換ユニットとを備えた回転角度検出装置の改良に関する。 The present invention is a magnet attached to a rotating shaft and magnetized in a fixed direction perpendicular to the axis of the rotating shaft, and opposed to the end face of the magnet. The present invention relates to an improvement in a rotation angle detection device including a magnetoelectric conversion element that is detected in a conversion manner and a magnetoelectric conversion unit that is attached to a non-rotating structure and includes a synthetic resin package in which the magnetoelectric conversion element is installed.
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。 Such a rotation angle detecting device is already known as disclosed in, for example, Patent Document 1.
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013は,磁電変換素子023に対向する端面013a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013の端面13aが臨む磁界Mでは,弓形の磁束fの曲率は,磁石13の端面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013の端面013aに磁電変換素子023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,磁石及び磁電変換素子の位置関係に僅かなずれが生じても,磁電変換素子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013の端面013a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023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。
As shown in FIG. 3, the solid
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the curvature of the magnetic flux near the end face of the magnet can be reduced, and a magnetoelectric conversion element is disposed at that position, thereby achieving compact and stable rotation angle detection accuracy. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detection device that can be used.
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回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する磁電変換素子及び,非回転の構造体に取り付けられ,前記磁電変換素子を内設する合成樹脂製のパッケージよりなる磁電変換ユニットとを備えた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,該磁石の端面に,回転軸の軸線上に中心を持つ球状凹部を形成し,この球状凹部の内側に,その中心周りでの前記磁石及びパッケージ相互の首振りを可能にする調心軸受機構を配設したことを第1の特徴とする。尚,前記構造体は,後述する本発明の実施形態中のスロットルボディ1の軸受ボス6に対応する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a magnet attached to a rotating shaft and magnetized in a fixed direction perpendicular to the axis of the rotating shaft, and opposed to the end face of the magnet, and cooperates with the magnet. And a magnetoelectric conversion element for detecting the rotation angle of the rotary shaft in a magnetoelectric conversion manner, and a magnetoelectric conversion unit that is attached to a non-rotating structure and includes a synthetic resin package in which the magnetoelectric conversion element is installed. In the angle detection device, in order to flatten the magnetic flux of the magnetic field facing the end surface of the magnet and move it toward the magnet, a spherical recess having a center on the axis of the rotation axis is formed on the end surface of the magnet. The first feature is that an aligning bearing mechanism is provided on the inner side, which enables the magnet and the package to swing around the center. The structure corresponds to a
また本発明は,第1の特徴に加えて,前記調心軸受機構を,前記球状凹部と,この球状凹部に全方向回転自在に嵌合するように前記パッケージに形成される球状凸軸とで構成したことを第2の特徴とする。 According to the present invention, in addition to the first feature, the aligning bearing mechanism includes a spherical concave portion and a spherical convex shaft formed on the package so as to be rotatably fitted in the spherical concave portion in all directions. The configuration is the second feature.
さらに本発明は,第2の特徴に加えて,前記球状凹部に合成樹脂の軸受層を形成したことを第3の特徴とする。 Furthermore, in addition to the second feature, the present invention has a third feature in that a synthetic resin bearing layer is formed in the spherical recess.
さらにまた本発明は,第1の特徴に加えて,回転軸の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体に前記磁石をモールド結合したことを第4の特徴とする。 Furthermore, in addition to the first feature, the present invention has a fourth feature in that the magnet is molded and bonded to a synthetic resin rotor body that is attached by positioning and fitting to the end of the rotating shaft.
本発明の第1の特徴によれば,磁石の端面に球状凹部を形成した分,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。 According to the first feature of the present invention, the magnetic flux facing the end face of the magnet is displaced toward the magnet by the amount of the spherical recess formed on the end face of the magnet, and the curvature of the magnetic flux near the end face of the magnet is reduced. Decrease. Therefore, even if a magnetoelectric transducer is placed near the magnet in order to make the rotation angle detector more compact, the magnetoelectric transducer can sense magnetism at the location where the curvature of the magnetic flux is reduced. Even if there is a slight shift in the positional relationship between the magnet and the magnetoelectric transducer, the change in magnetism perceived by the magnetoelectric transducer is extremely small, and the rotational angle detection accuracy of the rotary shaft can be stabilized. It is possible to achieve both compactness and stability of rotation angle detection accuracy.
しかも,磁石の球状凹部の内側には,球状凹部の中心周りでの磁石及びパッケージ相互の首振りを可能にする調心軸受機構を配設したことで,パッケージを,非回転の構造体に組み付けたとき,調心軸受機構の作用により,磁石と磁電変換素子とが自動的に調心され,磁電変換素子を磁石に対する所定位置に保持することができ,回転軸の回転角度の検出精度の安定化に寄与し得る。 In addition, a self-aligning bearing mechanism that enables the magnet and the package to swing around the center of the spherical recess is arranged inside the spherical recess of the magnet, so that the package can be assembled to a non-rotating structure. Then, the magnet and the magnetoelectric conversion element are automatically aligned by the action of the aligning bearing mechanism, the magnetoelectric conversion element can be held at a predetermined position with respect to the magnet, and the detection accuracy of the rotation angle of the rotary shaft can be stabilized. Can contribute to the development.
本発明の第2の特徴によれば,調心軸受機構を,磁石の球状凹部と,この球状凹部に全方向回転自在に嵌合するようにパッケージに形成される球状凸軸とで構成したことで,磁石及びパッケージに特別な部材を追加することなく調心軸受機構を構成することができ,部品点数及び組立工数を少なくして,回転角度検出装置のコストの低減に寄与し得る。 According to the second feature of the present invention, the aligning bearing mechanism is constituted by a spherical concave portion of a magnet and a spherical convex shaft formed on the package so as to be fitted in the spherical concave portion so as to be rotatable in all directions. Thus, the aligning bearing mechanism can be configured without adding special members to the magnet and the package, and the number of parts and the number of assembling steps can be reduced, which can contribute to the cost reduction of the rotation angle detecting device.
本発明の第3の特徴によれば,磁石の球状凹部には合成樹脂の軸受層を形成したことで,合成樹脂製の軸受層及び合成樹脂製の球状凸軸間の摩擦係数は小さく,軸受層に対する球状凸軸の回転摺動をスムーズにすることができ,その摺動部による回転軸の回転抵抗の増加を極力抑えることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the synthetic resin bearing layer is formed in the spherical concave portion of the magnet, the friction coefficient between the synthetic resin bearing layer and the synthetic resin spherical convex shaft is small, and the bearing The rotational sliding of the spherical convex shaft with respect to the layer can be made smooth, and an increase in rotational resistance of the rotating shaft due to the sliding portion can be suppressed as much as possible.
本発明の第4の特徴によれば,回転軸の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体に磁石をモールド結合したことで,ねじ等の固着部材を用いることなく,磁石をロータ本体に結合することができ,部品点数及び組立工数を少なくして,回転角度検出装置のコストの低減に一層寄与し得る。 According to the fourth feature of the present invention, the magnet is molded and bonded to the synthetic resin rotor body that is positioned and fitted to the end of the rotating shaft, so that the magnet can be used without using a fixing member such as a screw. Can be coupled to the rotor body, and the number of parts and the number of assembly steps can be reduced, which can further contribute to the cost reduction of the rotation angle detection device.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
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。
First, in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a throttle body constituting a part of an intake system of an engine, and has an
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内に,回転軸2を回転自在に支承するシール付きのボールベアリング7が装着される。
A pair of cylindrical bearing bosses 6 (only one of them is shown in the figure) projecting outward in the radial direction of the
前記回転角度検出装置5は,上記ボールベアリング7の外側の軸受ボス6内で回転軸2に取り付けられるロータ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。
The rotation
そのロータ10は,回転軸2が先端部に有する小径の連結短軸2aに位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂のロータ本体12と,このロータ本体12に,そのモールド成形時に埋設される磁石13とで構成される。連結短軸2aと,これに嵌合するロータ本体12の連結孔14とは,共に欠円状の断面を有していて,互いに嵌合することにより,前記スロットル弁3と磁石13の磁界の方向との一定の位置関係を保って,回転軸2及びロータ10の一体回転を可能にしている。
The
磁石13は,実質的に中実で円筒状をなして回転軸2と同軸上に配置されるもので,回転軸2の軸線Yに直交する一定方向に着磁されており,これにより直径線上の対向位置にN,S極を有する。この磁石13の磁電変換ユニット11に対向する端面13aには球状凹部13bが,また中心部には,それを軸方向に貫通するアンカ孔15が,さらに外周には環状のアンカ溝16が形成される。
The
一方,合成樹脂製のロータ本体12は,前記連結孔14を有する連結ボス部12aと,この連結ボス部12aの上端に一体に連設されて,前記アンカ孔15及びアンカ溝16を埋めつゝ磁石13の外周面を被覆,保持する円筒上の磁石支持部12bと,アンカ孔15を埋めた磁石支持部12bの上端に一体に連設されて前記球状凹部13bを被覆する軸受層12cとを備えており,その軸受層12cの中心部にはアンカ孔15に向かって窪むグリース溜まり18が形成される。合成樹脂製のロータ本体12は,上記のように,磁石13のアンカ孔15及びアンカ溝16を埋めることにより,磁石13との結合強度が強化される。
On the other hand, the
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20と,このパッケージ20の外周面に,互いに異なる方向へ突出するよう一体成形されるカプラ21及び取り付け鍔22と,パッケージ20に内設される磁電変換素子23と,同じくパッケージ20に内設されて磁電変換素子23の出力電圧をリニアライズする電子回路基板24と,この電子回路基板24の出力信号を外部に取り出すべくカプラ21に保持される複数の信号端子25とより構成される。磁電変換素子23には,例えばホール素子が使用される。
The
而して,パッケージ20は,前記軸受ボス6の内周面の所定位置に嵌装され,そして取り付け鍔22がボルト27によって軸受ボス6の端面に締結される。このようなパッケージ20の取り付け状態において,磁電変換素子23は,その感磁中心C2が前記磁石13の球状凹部13bの中心C1又はその近傍に来るように配置される。
Thus, the
パッケージ20には,前記ロータ10の磁石支持部12bを収容する円筒状の磁石収容室30が設けられており,その天井には,前記軸受層12cに全方向回転自在に接する球状凸軸31が一体に形成される。これら球状凹部13b,軸受層12c及び球状凸軸31により,球状凹部13bの中心C1周りでの磁石13及びパッケージ20相互の首振りを可能にする調心軸受機構32が構成される。
The
パッケージ20の外周には,軸受ボス6の内周面に密接して軸受ボス6の内部をシールする第1シール部材33が装着され,またロータ本体12の外周には,パッケージ20の内周面に密接して磁石収容室30をシールする第2シール部材34が装着される。この第2シート部材34は,ロータ本体12の外周に形成されるフランジ35と,その下方でパッケージ20に係止される止環36との間に縮設されて,軸受層12c及び球状凸軸31を相互に圧接させるよう,ロータ10を上方へ付勢する役割をも果たす。
A
次に,この実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図2に示すように,磁電変換素子23は,ロータ10の磁石13の端面13a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と共に回転するロータ10の磁石13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23に対する磁石13の磁束fの方向の変化により磁電変換素子23が感受する磁気量が変化するため,磁電変換素子23の発生電圧が変化し,その電圧信号が,信号端子25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。
As shown in FIG. 2, the
ところで,ロータ10の磁石13は,磁電変換素子23に対向する端面13aに球状凹部13bが形成されるため,磁石13の磁界Mが前記球状凹部13bの凹曲した分,磁石13側へ変位することになり,その結果,磁石13の端面13a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023の位置よりも,磁石13に充分近接した個所に磁電変換素子23を配置しても,磁電変換素子23は,磁束fの偏平化した個所で磁気を感受するので,環境温度の変化や経年変化等により,磁石13及び磁電変換素子23の位置関係に多少のずれが生じても,磁電変換素子23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。
By the way, the
しかも,磁石13の球状凹部13bの内側には,球状凹部13bの中心C1周りでの磁石13及びパッケージ20相互の首振りを可能にする調心軸受機構32が配設されるので,パッケージ20を軸受ボス6に組み付けたとき,調心軸受機構32の作用により,磁石13と磁電変換素子23とが自動的に調心され,磁電変換素子23を磁石13に対する所定位置に保持することができ,回転軸2の回転角度の検出精度の安定化に寄与し得る。
In addition, an inner side of the
さらに磁石13の球状凹部13bの中心C1と磁電変換素子23の感磁中心C2とは,相互に一致もしくは近接するように配置されるので,環境温度の変化や経年変化により,磁石13及び磁電変換素子23間に多少の傾きが生じても,磁電変換素子23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。
Furthermore, since the center C1 of the
また前記調心軸受機構32は,磁石13の球状凹部13bと,この球状凹部13bに全方向回転自在に嵌合するようにパッケージ20に形成される球状凸軸31とで構成されるので,磁石13及びパッケージ20に特別な部材を追加することなく調心軸受機構軸受機構32を構成することができ,部品点数及び組立工数を少なくして,回転角度検出装置5のコストの低減を図ることができる。
The aligning
また磁石13の球状凹部13bには合成樹脂の軸受層12cが形成されるので,合成樹脂製の軸受層12c及び合成樹脂製の球状凸軸31間の摩擦係数は小さく,軸受層12cに対する球状凸軸31の回転摺動をスムーズにすることができ,その摺動部による回転軸2の回転抵抗の増加を極力抑えることができる。さらに軸受層12cにはグリース溜まり18が設けられるので,そのグリース溜まり18に保持されるグリースによって,上記摩擦係数は一層小さくなり,回転軸2の回転をスムーズにすると共に,調心軸受機構32の耐久性の向上を図ることができる。
Further, since the synthetic
さらにまた磁石13は,回転軸2の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体12にモールド結合されるので,ねじ等の固着部材を用いることなく,磁石13をロータ本体12に結合することができ,部品点数及び組立工数を少なくして,回転角度検出装置5のコストの低減を一層図ることができる。
Furthermore, since the
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,合成樹脂製のロータ本体12の成形の際,磁石支持部12bの上端部を軸受層12cの外周部に連結すれば,アンカ孔15を廃止して磁石10を完全に中実にすることもできる。また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。またまた前記磁電変換素子23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。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various design changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, when molding the
f・・・・・磁束
C1・・・・磁石の球状凹部の中心
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
12・・・・ロータ本体
12c・・・軸受層
13・・・・磁石
13a・・・磁石の端面
13b・・・磁石の球状凹部
20・・・・パッケージ
23・・・・磁電変換素子
31・・・・球状凸軸
32・・・・調心軸受機構
f ... Magnetic flux C1 ... Spherical recess center C2 of magnet ... Sensitive center M of magnetoelectric transducer M ... Magnetic field Y ...
Claims (4)
前記磁石(13)の端面(13a)に臨む磁界(M)の磁束(f)を偏平化して該磁石(13)側に寄せるべく,該磁石(13)の端面(13a)に,回転軸(2)の軸線(Y)上に中心(C1)を持つ球状凹部(13b)を形成し,この球状凹部(13b)の内側に,その中心(C1)周りでの前記磁石(13)及びパッケージ(20)相互の首振りを可能にする調心軸受機構(32)を配設したことを特徴とする回転角度検出装置。 A magnet (13) attached to the rotating shaft (2) and magnetized in a certain direction perpendicular to the axis (Y) of the rotating shaft (2), and disposed opposite to the end surface (13a) of the magnet (13), The magnetoelectric transducer (23) for detecting the rotational angle of the rotary shaft (2) in a magnetoelectric manner in cooperation with the magnet (13) and the non-rotating structure (6) are attached to the magnetoelectric transducer ( 23) a rotation angle detecting device including a magnetoelectric conversion unit (11) made of a synthetic resin package (20),
In order to flatten the magnetic flux (f) of the magnetic field (M) facing the end face (13a) of the magnet (13) and bring it closer to the magnet (13) side, the end face (13a) of the magnet (13) has a rotating shaft ( 2) A spherical recess (13b) having a center (C1) is formed on the axis (Y) of (2), and the magnet (13) and package (about the center (C1) around the center (C1) are formed inside the spherical recess (13b). 20) A rotation angle detecting device characterized in that an aligning bearing mechanism (32) enabling mutual swinging is provided.
前記調心軸受機構(32)を,前記球状凹部(13b)と,この球状凹部(13b)に全方向回転自在に嵌合するように前記パッケージ(20)に形成される球状凸軸(31)とで構成したことを特徴とする回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 1,
A spherical convex shaft (31) formed on the package (20) so that the aligning bearing mechanism (32) is fitted to the spherical concave portion (13b) and the spherical concave portion (13b) so as to be rotatable in all directions. And a rotation angle detection device.
前記球状凹部(13b)に合成樹脂の軸受層(12c)を形成したことを特徴とする回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 2,
A rotation angle detecting device characterized in that a synthetic resin bearing layer (12c) is formed in the spherical recess (13b).
回転軸(2)の端部に位置決め嵌合して取り付けられる合成樹脂製のロータ本体(12)に前記磁石(10)をモールド結合したことを特徴とする回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 1,
A rotation angle detecting device characterized in that the magnet (10) is mold-coupled to a synthetic resin rotor main body (12) attached by positioning and fitting to an end of the rotating shaft (2).
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