JP2016161322A

JP2016161322A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2016161322A
Application number: JP2015038214A
Authority: JP
Inventors: 早川　肇夫; Hatsuo Hayakawa; 肇夫早川
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-05

Abstract

【課題】少なくとも３つ以上の検出部を備えた回転角度検出装置を提供する。【解決手段】回転部材２と、この回転部材２に固定され回転部材２の回転に伴って回転する磁石３と、磁石３の回転軸Ｌ方向に配置されるとともに磁石３が回転することによって変化する磁石３の磁界の強さを検出する磁電変換素子からなる検出部を内蔵した磁気検出パッケージ４１、４２と、磁気検出パッケージ４１、４２が実装される回路基板６と、回転部材２を回転自在に収納するとともに磁気検出パッケージ４１、４２と回路基板６とを収納するハウジング５とを備え、磁気検出パッケージ４１、４２は、検出部を２つ備えた第１磁気検出パッケージ４１と、検出部を１つもしくは２つ備えた第２磁気検出パッケージ４２とからなり、第１磁気検出パッケージ４１と第２磁気検出パッケージ４２との間に回路基板６を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、被検出体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。

従来の回転角度検出装置は、回転部材と、回転部材に固定され回転する磁石と、この磁石の磁界の強さを検出する磁電変換素子を内蔵した磁気検出パッケージと、前記磁気検出パッケージが実装された回路基板と、前記回転部材を回転自在に収納する第１の収納部と前記磁気検出パッケージと前記回路基板とを収納する第２の収納部とを有するハウジングと、を備えたものであった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−７５４１３号公報

前記磁気検出パッケージに、磁電変換素子からなる検出部を１つ、もしくは２つ設けることによって、前記検出部からの出力は、１つ、もしくは２つ得られる。特に、フェイルセーフを考慮すると、出力の個数は、２つが望ましいが、２つの出力では、出力の値に違いが生じた場合、どちらの出力が正確であるか判断できないという問題点があった。

そこで、検出部を３つ設け、３つの出力から多数決により求められた出力を出力することが考えられる。しかし、多数決が可能な３つの検出部を備えた磁気検出パッケージは、大型化を招き、実現しにくいという問題点があった。

そこで、本発明は、前述した問題点に着目し、少なくとも３つ以上の検出部を備えた回転角度検出装置を提供するものである。

本発明は、回転部材と、この回転部材に固定され前記回転部材の回転に伴って回転する磁石と、前記磁石の回転軸方向に配置されるとともに前記磁石が回転することによって変化する前記磁石の磁界の強さを検出する磁電変換素子からなる検出部を内蔵した磁気検出パッケージと、前記磁気検出パッケージが実装される回路基板と、前記回転部材を回転自在に収納するとともに前記磁気検出パッケージと前記回路基板とを収納するハウジングと、を備えた回転角度検出装置において、前記磁気検出パッケージは、前記磁電変換素子を２つ備えた第１磁気検出パッケージと、前記磁電変換素子を１つもしくは２つ備えた第２磁気検出パッケージとからなり、前記第１磁気検出パッケージと前記第２磁気検出パッケージとの間に前記回路基板を設けたものである。

本発明によれば、所期の目的を達成でき、少なくとも３つ以上の検出部を備えた回転角度検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の回転角度検出装置の断面図。（ａ）は同実施形態の回路基板の一方の面に実装した磁気検出パッケージの回路図、（ｂ）は同実施形態の回路基板の他方の面に実装した磁気検出パッケージの回路図。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

本実施形態による回転角度検出装置１は、回転部材２と、磁石３と、第１磁気検出パッケージ４１と、第２磁気検出パッケージ４２と、ハウジング５と、回路基板６及び配線７とから主に構成されている。なお、Ｌは、回転部材２と磁石３との回転軸である。

回転部材２は、連結された図示しない被検出体とともに回転するものであり、ポリアセタール等の合成樹脂材料からなる。

回転部材２は、ほぼ円柱形であり、その外周に切れ目なく鍔部２ａを備えている。そして、図１中、鍔部２ａの下側に後述する気密部材８を備えている。さらに、気密部材８の下側に直径が小さい径小部２ｂを備えている。なお、この径小部２ｂには、前記被検出体と連結するための凹部２ｃが設けられている。また、図１中、鍔部２ａの上側には、磁石３を備えている。

磁石３は、略円柱形状に形成されている。また、磁石３は、回転軸Ｌに対して垂直方向の平面３ａを備えており、この平面３ａの中心を通る回転軸Ｌを境として、２極着磁されている。磁石３は、回転部材２に固定されており、本実施形態では、回転部材２とインサート成形によって、一体的に設けられており、回転部材２の回転軸Ｌを中心とし、回転部材２の回転に伴って回転する構成となっている。

第１磁気検出パッケージ４１、第２磁気検出パッケージ４２は、それぞれホール素子やＭＲ素子等の磁電変換素子４１ａ、４２ａからなる検出部４１ｂ、４２ｂを備えた半導体基板４１ｃ、４２ｃを内蔵するように合成樹脂で覆ったものである。なお、半導体基板４１ｃ、４２ｃ上には、検出部４１ｂ、４２ｂの検出値を演算して出力する制御部４１ｄ、４２ｄが設けられている。図２中のＶｄｄ１〜Ｖｄｄ３は、電源用ラインであり、Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ３は、出力用ラインであり、ＧＮＤ１〜ＧＮＤ３は、グランドラインである。

本実施形態では、磁電変換素子４１ａ、４２ａは、ホール素子であり、検出部４１ｂ、４２ｂは、４つのホール素子から構成され、これら４つのホール素子によって、回転軸Ｌに対して垂直な方向のＸ軸方向とＹ軸方向の磁界の変化を検出するものである。

第１、第２磁気検出パッケージ４１、４２は、磁石３の回転軸Ｌ方向に配置されている。そして、磁石３が回転することによって変化する磁石３の磁界の強さを検出するものである。

また、第１磁気検出パッケージ４１と第２磁気検出パッケージ４２との間に回路基板６を設けてある。つまり、回路基板６の一方の面に第１磁気検出パッケージ４１を設け、もう一方の面に第２磁気検出パッケージ４２を設けている。そして、第１磁気検出パッケージ４１、第２磁気検出パッケージ４２および回路基板６を磁石３の回転軸Ｌ方向に積層して配置したものである。

第１磁気検出パッケージ４１は、検出部４１ｂを２つ備えており、第２磁気検出パッケージ４２は、検出部４２ｂを１つ備えたものである。第１磁気検出パッケージ４１は、２つの検出部４１ｂの間に回転軸Ｌが位置するように配置されている。第２磁気検出パッケージ４２は、検出部４２ｂの中央部に回転軸Ｌが位置するように、配置されている。第１磁気検出パッケージ４１と第２磁気検出パッケージ４２とは、検出部４１、４２の構成が同一であるため、検出部４１ｂ、４２ｂは、それぞれ磁石３の位置関係が異なると、検出部４１ｂ、４２ｂが出力する検出値は異なるが、各検出部４１ｂ、４２ｂに設けた制御部４１ｄ、４２ｄによって検出値に対する出力特性を調整することによって、同等の特性を出力することが可能である。

このように構成したことによって、磁石３の回転軸方向に投影した輪郭内に、第１、第２磁気検出パッケージ４１、４２（特に、検出部４１ｂ、４２ｂ）が位置することができ、磁石３の磁界の変化を良好に検出することができる。

各磁気検出パッケージ４１、４２は、図示しないリードを介して回路基板６と電気的に接続され、さらに、回路基板６と電気的に接続された配線７を通じて外部に出力するものである。

ハウジング５は、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂材料からなり、略円筒形状に形成された基部５ａを備えている。この基部５ａに回転部材２を回動自在に収納する第１の収納部５ｂが形成されている。

また、図１中、第１の収納部５ｂを形成する基部５ａの下側の下端部５ｃは、後述する座金をかしめ固定するために第１の収納部５ｂ内側に折り曲げられている。

また、図１中、ハウジング５の上側には、磁気検出パッケージ４１、４２と回路基板６とを収納する第２の収納部５ｄが形成されている。第２の収納部５ｄは、回路基板６の周囲を取り巻く壁部５ｅによって形成されている。なお、第２の収納部５ｄ内は、充填部材１０によって満たされている。この充填部材は、エポキシやシリコーン等からなる液体から固体へと硬化する樹脂からなり、例えば、ＵＶ硬化型あるいは熱硬化型樹脂などであり、磁気検出パッケージ４と回路基板６が、第２の収納部５ｄ内において気密的に収納保持されるようになっている。

第１の収納部５ｂと第２の収納部５ｄとは、互いに連通しないように板状の仕切り５ｆで区切られており、この仕切り５ｆを挟んで磁気検出パッケージ４と磁石３とが対向するように設けられている。第１の収納部５ｂ、第２の収納部５ｄ及び仕切り５ｆは、一体に形成されている。

第１の収納部５ｂには、円筒状の金属部材１１が設けられており、ハウジング５にインサート成形によって一体的に形成されている。この金属部材１１は、真鍮等の非磁性材料からなり、回転部材２を回転自在に支持するものである。つまり、金属部材１１は、その内周面が回転部材２の外周と当接して、回転部材２を回転可能に軸支する軸支部材としての機能を有している。

また、ハウジング５には、回路基板６の配設位置を決定する位置決め部５ｊが設けられている。この位置決め部５ｊは、第２の収納部５ｄ内に設けられている。この位置決め部５ｊは、回路基板６の固定前は突起形状であるが、回路基板６を取り付けるために、熱などを加えて変形させて、回路基板６が外れないようにするものである。

回路基板６は、例えば硬質回路基板からなり、ハウジング５の仕切り５ｆに沿うように配設され、ハウジング５の第２の収納部５ｄに収納固定される。かかる回路基板６には、磁気検出パッケージ４１、４２に加えてコンデンサ等の各種電子部品が実装されている。また、６ａは、配線７が貫通する孔であり、孔６ａを貫通した配線７は図示しない半田によって回路基板６の図示しない配線パターンと電気的に接続している。また、６ｂは、回路基板６の配設位置を決定する位置決め部であり、ハウジング５の位置決め部５ｊが貫通する孔である。

配線７は、銅などの良好な導電性の金属を絶縁材で被覆したものである。なお、７ａは、ゴムなどの弾性部材からなるパッキンであり、第２の収納部５ｄ内を満たす充填部材１０の漏れを防ぐものである。

なお、８は、ゴムなどの弾性部材からなる気密部材であり、本実施形態では、Ｙリングを用いている。このＹリング８は、ドーナツ形状であり、その断面形状が、Ｙ字状であり、回転角度検出装置１の第１の収納部５ｂ内部に水等の異物が浸入するのを防止する機能を有している。このＹリング８は、その弾性によって、振動による磁石３の変動を抑制し、誤検出を抑制することができる。また、Ｙリング８は、回転部材２やハウジング５との接触面積が小さいので、回転部材２が回転する時の摺動抵抗を低く抑えることができる。なお、このＹリング８に代えて、断面Ｘ字形状のＸリングを採用してもよい。また、回転部材２が回転する時の摺動抵抗を考慮しなければ、断面形状が、円形状のＯリング８を採用することも可能である。

９は、座金であり、この座金９は、Ｙリング８を覆うようにハウジング５の下端部５ｃをかしめて固定される。回転部材２を第１の収納部５ｂ内に保持するものである。

以上のように、回転部材２と、この回転部材２に固定され回転部材２の回転に伴って回転する磁石３と、磁石３の回転軸Ｌ方向に配置されるとともに磁石３が回転することによって変化する磁石３の磁界の強さを検出する磁電変換素子４１ａ、４２ａからなる検出部４１ｂ、４２ｂを内蔵した磁気検出パッケージ４１、４２と、磁気検出パッケージ４１、４２が実装される回路基板６と、回転部材２を回転自在に収納するとともに磁気検出パッケージ４１、４２と回路基板６とを収納するハウジング５と、を備えた回転角度検出装置１において、磁気検出パッケージ４１、４２は、検出部４１ｂを２つ備えた第１磁気検出パッケージ４１と、検出部４２ｂを１つもしくは２つ備えた第２磁気検出パッケージ４２とからなり、第１磁気検出パッケージ４１と第２磁気検出パッケージ４２との間に回路基板６を設けたことによって、少なくとも３つ以上の検出部を備えた回転角度検出装置を提供することができる。

また、第１磁気検出パッケージ４１、第２磁気検出パッケージ４２および回路基板６を磁石３の回転軸Ｌ方向に積層して配置したことによって、磁石３の回転軸方向に投影した輪郭内に、第１、第２磁気検出パッケージ４１、４２（特に、検出部４１ｂ、４２ｂ）が位置することができ、磁石３の磁界の変化を良好に検出することが可能な回転角度検出装置１を提供することができる。

なお、前記実施形態では、第２磁気検出パッケージ４２の検出部４２ｂを１つとしたことで、製造コストを抑制することが可能である。しかし、第２磁気検出パッケージ４２を第１磁気検出パッケージ４１と同様に、検出部４２を２つとしたものであってもよい。

被検出体の回転角度を検出する回転角度検出装置に利用することができる。

１回転角度検出装置
２回転部材
３磁石
５ハウジング
５ｂ第１の収納部
５ｄ第２の収納部
５ｆ仕切り
１０充填部材
１１金属部材
４１第１磁気検出パッケージ
４１ａ磁電変換素子
４１ｂ検出部
４１ｃ半導体基板
４１ｄ制御部
４２第２磁気検出パッケージ
４２ａ磁電変換素子
４２ｂ検出部
４２ｃ半導体基板
４１ｄ制御部

Claims

回転部材と、この回転部材に固定され前記回転部材の回転に伴って回転する磁石と、前記磁石の回転軸方向に配置されるとともに前記磁石が回転することによって変化する前記磁石の磁界の強さを検出する磁電変換素子からなる検出部を内蔵した磁気検出パッケージと、前記磁気検出パッケージが実装される回路基板と、前記回転部材を回転自在に収納するとともに前記磁気検出パッケージと前記回路基板とを収納するハウジングと、を備えた回転角度検出装置において、前記磁気検出パッケージは、前記検出部を２つ備えた第１磁気検出パッケージと、前記検出部を１つもしくは２つ備えた第２磁気検出パッケージとからなり、前記第１磁気検出パッケージと前記第２磁気検出パッケージとの間に前記回路基板を設けたことを特徴とする回転角度検出装置。
前記第１磁気検出パッケージ、前記第２磁気検出パッケージおよび前記回路基板を前記磁石の回転軸方向に積層して配置したことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
前記第２磁気検出パッケージの前記検出部を１つとしたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。