JP2014142270A - 開度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開度の検出誤差の低減及び省スペース化を可能にする開度検出装置を提供する。
【解決手段】開度検出装置１００は、第一センサ体６１及び第二センサ体６２を有する回転角センサ６０と、第一センサ体６１及び第二センサ体６２を内部に含む可動部材３０の回転体部３０ａとを備える。第一センサ体６１は、固定され、可動部材３０の回転体部３０ａは、第一センサ体６１の外周方向に沿って回転可能であり、第二センサ体６２は、第一センサ体６１の外周側と対向するように回転体部３０ａに固定されている。回転角センサ６０は、第一センサ体６１に対する第二センサ体６２の回転角度を、開度として検出する。
【選択図】図２

Description

この発明は、開度検出装置に関する。

自動車のスロットルセンサ、二輪車のスロットルグリップなどのように回転体の回転角度を開度として検出する開度検出装置がある。
例えば、特許文献１に記載されるスロットル開度検出装置では、回転自在なスロットルグリップと連動して同一方向に回転する駆動歯車に、検出用歯車が噛み合って回転し、スロットル開度センサが検出用歯車の回転角度を検出している。そして、駆動歯車及び検出用歯車は、ベベルギヤからなり、検出用歯車は、駆動歯車の回転方向と略直交する方向に回転する。

また、図３を参照すると、開度検出装置の別の従来例が断面図で示されている。この開度検出装置では、取付対象に固定される円筒状のハウジング１の貫通穴に回転体２が挿入されている。回転体２は、ハウジング１の貫通穴の壁面によって軸受３を介して回転自在に支持されている。ハウジング１には、中空になった回転角検出センサ５の支持台５ａが取り付け・固定されている。回転角検出センサ５の回転シャフト５ｂは、支持台５ａの壁部を貫通して中空の内部に延在し、回転体２からその回転中心軸に沿って突出する突起２ａと、カップリング４によって一体に回転することができるように連結されている。これにより、回転角検出センサ５は、回転体２の回転角度を、突起２ａ、カップリング４及び回転シャフト５ｂを介して、検出する。

特開２００３−２５２２７３号公報

特許文献１に記載されるスロットル開度検出装置では、互いに噛み合う駆動歯車及び検出用歯車を介してスロットルの回転角度を検出しているが、噛み合い部分ではギヤ同士の間に隙間（バックラッシュ）があるため、駆動歯車及び検出用歯車の間にガタつきがある。このガタつきによって、駆動歯車の回転が検出用歯車に正確に伝達されず、スロットル開度センサの検出角度つまり開度に検出誤差が生じるという問題がある。
また、図３に示す従来の開度検出装置では、回転体２と回転角検出センサ５とがカップリング４を使用して連結されているため、開度検出装置が連結方向に大型化する。このため、この開度検出装置は、近年、開度検出装置の取付対象の製造会社から要求される省スペース化に対応できないという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、開度の検出誤差の低減を図ると共に省スペース化を図る開度検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る開度検出装置は、第一センサ体及び第二センサ体を有する回転角センサと、第一センサ体及び第二センサ体を内部に含む回転体とを備え、第一センサ体は、固定され、回転体は、第一センサ体の外周方向に沿って回転可能であり、第二センサ体は、第一センサ体の外周側と対向するように回転体に固定され、回転角センサは、第一センサ体に対する第二センサ体の回転角度を、開度として検出する。

また、上記開度検出装置は、第一センサ体、第二センサ体及び回転体を内部に含む筐体をさらに備え、第一センサ体は、筐体に固定され、回転体は、筐体によって回転可能に支持されてもよい。
第二センサ体は、第一センサ体の外周を囲み、回転体は、第二センサ体の外周を囲み、第一センサ体、第二センサ体及び回転体は、同軸で配置されてもよい。
第二センサ体が、第二センサ体に対する第一センサ体の回転角度を検出してもよい。さらに、第一センサ体は、永久磁石を有し、第二センサ体は、永久磁石の磁界の変化を検出するための巻線を有してもよい。

この発明に係る開度検出装置によれば、開度の検出誤差の低減及び省スペース化が可能になる。

この発明の実施の形態に係る開度検出装置の模式的な側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 従来例の開度検出装置の模式的な断面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
この発明の実施の形態に係る開度検出装置１００を説明する。
図１及び図２をあわせて参照すると、開度検出装置１００は、フランジ形状を有し且つ有底円筒状である第一ハウジング１０と、第一ハウジング１０に取り付け・固定される有底円筒状の第二ハウジング２０とを備えている。さらに、開度検出装置１００は、円筒状の回転体部３０ａと回転体部３０ａの円筒状の外周面３０ａ１から延びる中空のレバー部３０ｂとからなる可動部材３０を備えている。
開度検出装置１００は、第一ハウジング１０のフランジ部を形成する筒状の側壁部１０ａが固定されることによって、取付対象物に取り付けられる。このとき、側壁部１０ａにおける第二ハウジング２０と反対側の端部表面１０ａ１が取付対象物に当接する。
ここで、第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０は筐体を構成し、可動部材３０は回転体を構成している。

可動部材３０において、回転体部３０ａが第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０で囲まれる空間４０内に配置され、レバー部３０ｂが第二ハウジング２０の円筒状の側壁部２０ａに形成された長穴２０ｃから突出している。
回転体部３０ａは、その外周面３０ａ１を第一ハウジング１０の側壁部１０ａ及び第二ハウジング２０の側壁部２０ａに対向させるようにして配置されている。さらに、回転体部３０ａの外周面３０ａ１は、第一ハウジング１０の側壁部１０ａの内側に設けられた円筒状の第一軸受１１と、第二ハウジング２０の側壁部２０ａの内側に設けられた円筒状の第二軸受２１とによって、その周方向に沿って摺動自在に支持されている。よって、レバー部３０ｂを長穴２０ｃの延在方向に沿った外周面３０ａ１の周方向に回動させると、レバー部３０ｂと一体の回転体部３０ａが周方向に沿って回転する。

また、第一ハウジング１０の端部の略平坦な端壁部１０ｂから第二ハウジング２０の端部の略平坦な端壁部２０ｂにわたって延在する略円柱状のシャフト５０が設けられている。シャフト５０は、端壁部１０ｂ及び２０ｂに対して、その軸を中心に相対回転しないように固定されている。そして、シャフト５０は、第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０を互いに接続し固定している。また、シャフト５０は、回転体部３０ａの円筒状の内周面３０ａ２の内側を通って延在し、回転体部３０ａと軸心を同一とする同軸で配置されている。

さらに、回転体部３０ａの内周面３０ａ２とシャフト５０との間には、回転角センサ６０が設けられている。
回転角センサ６０は、円筒状の第一センサ体６１と、円筒状の形状を有し且つ第一センサ体６１の外周面６１ａのほぼ全体を囲繞する第二センサ体６２とによって構成されている。第一センサ体６１及び第二センサ体６２は、シャフト５０及び回転体部３０ａと同軸で配置されている。

第一センサ体６１は、シャフト５０の外周面５０ａのほぼ全体を囲繞するようにして設けられ、シャフト５０に対して相対回転しないように固定されている。
第二センサ体６２は、その内周面６２ｂを第一センサ体６１の外周面６１ａに対向させて第一センサ体６１に所定の間隔をあけて近接して配置され、その外周面６２ａにおいて回転体部３０ａの内周面３０ａ２に対して相対回転しないように固定されている。よって、第二センサ体６２は、回転体部３０ａと一体に回転する。
また、回転体部３０ａの内周面３０ａ２からは、径方向内側に向かって突起３０ａ３が突出している。突起３０ａ３は、第二センサ体６２を貫通して第一センサ体６１の内部に延びており、第一センサ体６１及び第二センサ体６２のシャフト５０の軸方向への移動（ズレ）を防いでいる。

回転角センサ６０では、第二センサ体６２は、その内周面６２ｂと第一センサ体６１の外周面６１ａとの間において、その軸心を中心とする周方向の位相差（回転角度差）を検出し、それにより、第一センサ体６１に対する第二センサ体６２の回転角度を検出する。
回転角センサ６０には、光学式、磁気式、電磁誘導式、レーザー式、静電容量式等の角度センサを用いることができる。例えば、電磁誘導式角度センサとして、レゾルバ（ブラシレスタイプ等）などがある。

例えば、磁気式角度センサの場合、第一センサ体６１に対して永久磁石６１ｃが配置され、第二センサ体６２に対して磁界の変化を電気信号に変換するホール素子、ＭＲ素子等の変換素子６２ｃが配置され、ホール素子、ＭＲ素子等に接続されるリード線は、レバー部３０ｂ内を通して外部に取り出されることができる。このとき、第二センサ体６２に対して第一センサ体６１が相対回転して変化する永久磁石６１ｃの磁界が、第二センサ体６２の変換素子６２ｃにより検知されることによって、第二センサ体６２に対する第一センサ体６１の回転角度が検出される。

また、電磁誘導式角度センサの場合、第一センサ体６１に対して永久磁石６１ｃ又は励磁用巻線６１ｃが配置され、第二センサ体６２に対して周方向に沿って複数の検出用巻線６２ｃが配置され、巻線に接続されるリード線は、レバー部３０ｂ内を通して外部に取り出されることができる。このとき、第二センサ体６２に対して第一センサ体６１が相対回転して変化する永久磁石６１ｃの磁界又は印加された交流電圧で励磁された励磁用巻線６１ｃの発生する磁界が、第二センサ体６２の複数の検出用巻線６２ｃにより検知されることによって、第二センサ体６２に対する第一センサ体６１の回転角度が検出される。

また、光学式角度センサの場合、第一センサ体６１に対して光を通過させる複数のスリット等が周方向に沿って配置・形成され、第二センサ体６２に対して光源及び光を検知する光電素子が配置され、光源及び光電素子に接続されるリード線・ケーブル等は、レバー部３０ｂ内を通して外部に取り出されることができる。このとき、第二センサ体６２に対して第一センサ体６１が相対回転すると、複数のスリットが横切って変化する光電素子への光の波長が、光電素子により検知されることによって、第二センサ体６２に対する第一センサ体６１の回転角度が検出される。
そして、上述のように第二センサ体６２に磁界、光等の検知部分を設けることによって、リード線の配置が容易且つ簡潔になると共に、配置のためのスペースを別個に設ける必要がなくなる。

よって、開度検出装置１００では、可動部材３０のレバー部３０ｂが第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０に対してシャフト５０を中心として回動されると、レバー部３０ｂと共に回転体部３０ａ及び第二センサ体６２が、第一センサ体６１及びシャフト５０に対して、周方向に沿って相対回転する。このとき、第二センサ体６２が、第一センサ体６１に対する相対的な位相の変位を検出し、この位相の変位がレバー部３０ｂの回転角度、つまり可動部材３０の開度として検出される。

このように、この発明の実施の形態に係る開度検出装置１００は、第一センサ体６１及び第二センサ体６２を有する回転角センサ６０と、第一センサ体６１及び第二センサ体６２を内部に含む可動部材３０の回転体部３０ａとを備える。第一センサ体６１は、固定され、可動部材３０の回転体部３０ａは、第一センサ体６１の外周方向に沿って回転可能であり、第二センサ体６２は、第一センサ体６１の外周側と対向するように回転体部３０ａに固定されている。回転角センサ６０は、第一センサ体６１に対する第二センサ体６２の回転角度を、開度として検出する。

このとき、開度検出装置１００は、回転体部３０ａの内部に回転角センサ６０の第一センサ体６１及び第二センサ体６２を含み、且つ第一センサ体６１から回転体部３０ａに向かって第一センサ体６１、第二センサ体６２及び回転体部３０ａをこの順で配置する構成である。さらに、回転角センサ６０と回転体部３０ａとを連結するための部材を、回転体部３０ａの外側に別個に必要としない。よって、開度検出装置１００は、回転角センサ６０及び回転体部３０ａからなる構造を小型化し、それにより開度検出装置１００自体の小型化を可能にする。また、開度検出装置１００は、回転体部３０ａの回転角度を、２つのセンサ体６１及び６２間に別個の回転伝達部材を介在させることなくこれらの相対的な回転角度を直接的に検出することで検出しているため、検出精度の向上を可能にする。

また、開度検出装置１００は、第一センサ体６１、第二センサ体６２及び可動部材３０の回転体部３０ａを内部に含む第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０を備える。そして、第一センサ体６１は、第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０に固定され、回転体部３０ａは、第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０によって回転可能に支持される。このとき、第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０は、回転体部３０ａを囲み且つ支持することができる構成であればよいため、小型化を可能にする。よって、開度検出装置１００のアセンブリの小型化が可能になる。また、第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０を設けることによって、回転角センサ６０は、回転体部３０ａ、並びに第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０によって二重に防護されるため、その損傷を低減し耐久性を向上させることができる。

また、開度検出装置１００において、第二センサ体６２は、第一センサ体６１の外周を囲み、可動部材３０の回転体部３０ａは、第二センサ体６２の外周を囲み、第一センサ体６１、第二センサ体６２及び回転体部３０ａは、同軸で配置されている。これにより、第一センサ体６１、第二センサ体６２及び回転体部３０ａは、この順で積層するように配置することができる。よって、回転体部３０ａの小型化が可能になる。
また、開度検出装置１００において、第二センサ体６２が、第二センサ体６２に対する第一センサ体６１の回転角度を検出し、第一センサ体６１は、永久磁石を有し、第二センサ体６２は、永久磁石の磁界の変化を検出するための複数の巻線を有している。回転する側であり且つ外側に位置する第二センサ体６２に検知部を配置して電気、信号などのためのリード線等を設け、内側に位置し且つ第二センサ体６２と動作が異なる第一センサ体６１に対してはリード線等を設ける必要がないため、その構造が簡単になる。

また、実施の形態の開度検出装置１００は、レバー部３０ｂの構成を変更することによって、回転体の回転角度を検出するいかなる装置にも適用することができる。
また、実施の形態の開度検出装置１００では、第一軸受１１、第二軸受２１、第一ハウジング１０及び第二ハウジング２０によって、可動部材３０の回転体部３０ａが外周側から回転自在に支持されていたが、シャフト５０及び第一センサ体６１で内周側のみから支持されるようにしてもよい。

また、実施の形態の開度検出装置１００では、第二センサ体６２に磁界、光等の検知部分を設けていたが、これに限定されるものでなく、第一センサ体６１に設けてもよい。
また、実施の形態の開度検出装置１００では、レバー部３０ｂは、長穴２０ｃ内で回動する構成であるため、回転角度が３６０°未満に制限されていたが、これに限定されるものでなく、レバー部３０ｂは、シャフト５０及び第一センサ体６１に対して、３６０°以上の回転角度で回動するようにしてもよい。

１０ 第一ハウジング（筐体）、２０ 第二ハウジング（筐体）、３０ 可動部材（回転体）、３０ａ 回転体部（回転体）、６０ 回転角センサ、６１ 第一センサ体、６１ｃ 永久磁石又は励磁用巻線、６２ 第二センサ体、６２ｃ 巻線、１００ 開度検出装置。

Claims (5)

1. 第一センサ体及び第二センサ体を有する回転角センサと、
   前記第一センサ体及び前記第二センサ体を内部に含む回転体と
   を備え、
   前記第一センサ体は、固定され、
   前記回転体は、前記第一センサ体の外周方向に沿って回転可能であり、
   前記第二センサ体は、前記第一センサ体の外周側と対向するように前記回転体に固定され、
   前記回転角センサは、前記第一センサ体に対する前記第二センサ体の回転角度を、開度として検出する開度検出装置。
2. 前記第一センサ体、前記第二センサ体及び前記回転体を内部に含む筐体をさらに備え、
   前記第一センサ体は、前記筐体に固定され、
   前記回転体は、前記筐体によって回転可能に支持される請求項１に記載の開度検出装置。
3. 前記第二センサ体は、前記第一センサ体の外周を囲み、
   前記回転体は、前記第二センサ体の外周を囲み、
   前記第一センサ体、前記第二センサ体及び前記回転体は、同軸で配置される請求項１または２に記載の開度検出装置。
4. 前記第二センサ体が、前記第二センサ体に対する前記第一センサ体の回転角度を検出する請求項１〜３のいずれか一項に記載の開度検出装置。
5. 前記第一センサ体は、永久磁石を有し、
   前記第二センサ体は、前記永久磁石の磁界の変化を検出するための巻線を有する請求項４に記載の開度検出装置。

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