JP2019011977A - 回転角度検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】磁気検出部に生じる応力を低減させることができる回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】回転角度検出装置1は、ケース50と、磁石22を含み、磁石22とともに回転軸Lを中心に回転可能にケース50に収容される回転部材20と、ケース50に固定され、回転部材20の回転に伴う磁石22の磁気変化を検出する磁気検出部40と、ケース50における回転軸Lから離れた位置に設けられるコネクタ部53と、ケース50に設けられ、取付対象110に取り付けられる取付部と、を備える。取付部は、ケース50が取付対象110に取り付けられたときに取付対象110に接触する取付座面を備える。コネクタ部53は、取付座面と同一平面上に延びる外面である荷重受け面53aを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、回転角度検出装置に関する。
従来から、回転部材の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。この回転角度検出装置は、例えば、特許文献1に記載されるように、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(磁気検出部)と、回転部材を回転自在に収納しつつ磁気検出パッケージを収納するハウジングと、磁気検出パッケージをハウジングに気密的に保持するように充填される充填部材と、回転部材の回転軸から離れた位置に形成されるコネクタと、を備える。
特開2011−75413号公報
上記特許文献1の構成では、コネクタは回転部材の回転軸の延長線上に位置していないため、このコネクタに外力が加えられると、回転軸に対して回転角度検出装置が傾くようなモーメントが加わる。そして、このモーメントにより応力がハウジング等を介して磁気検出部に生じることが懸念される。
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、磁気検出部に生じる応力を低減させることができる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、本発明に係る回転角度検出装置は、ケースと、磁石を含み、前記磁石とともに回転軸を中心に回転可能に前記ケースに収容される回転部材と、前記ケースに固定され、前記回転部材の回転に伴う前記磁石による磁気変化を検出する磁気検出部と、前記ケースにおける前記回転軸から離れた位置に設けられるコネクタ部と、前記ケースに設けられ、取付対象に取り付けられる取付部と、を備え、前記取付部は、前記ケースが前記取付対象に取り付けられたときに前記取付対象に接触する取付座面を備え、前記コネクタ部は、前記取付座面と同一平面上に延びる外面を備える。
本発明によれば、回転角度検出装置において、磁気検出部に生じる応力を低減させることができる。
本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置の側面図である。 本発明の一実施形態に係る図1のB−B線断面図である。 本発明の一実施形態に係る充填部材が省略された回転角度検出装置の背面図である。 本発明の一実施形態に係る端子の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る端子及び回路基板の斜視図である。
本発明に係る回転角度検出装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
(構成)
図1〜図3に示すように、回転角度検出装置1は、回転部材20と、磁気検出部40と、ケース50と、回路基板60と、端子70a,70b,70cと、充填部材80と、シール材90と、座金100と、を備える。
図3に示すように、回転部材20は、磁気検出部40に対して回転軸Lを中心に回転する。
詳しくは、回転部材20は、本体部21と、磁石22と、を備える。本体部21は、ポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性樹脂により略円筒状をなす。本体部21は、磁気検出部40に近い端部に形成される磁石収容凹部21aと、磁気検出部40から遠い端部に形成されるシャフト収容凹部21bと、を備える。磁石収容凹部21aは磁気検出部40に向かって開口し、シャフト収容凹部21bは磁気検出部40と反対側に開口する。シャフト収容凹部21b内には、シャフト120の端部が挿入される。シャフト120は回転角度検出装置1とは別に設けられる被検出体であり、シャフト120の回転が回転角度検出装置1により検出される。シャフト収容凹部21bの周壁には板バネ21cが設けられる。板バネ21cは、シャフト収容凹部21b内に挿入されたシャフト120の端部の周面を押す。これにより、シャフト120の端部がシャフト収容凹部21b内に固定され、シャフト120と一体で回転部材20が回転軸Lを中心に回転する。
また、磁石収容凹部21a内には磁石22が収容されている。磁石22は、フェライト、サマリウムコバルト及びネオジム等からなり、円柱状をなす。磁石22は、その径方向に並ぶように二極着磁されている。磁石22は、例えばインサート成形等によって本体部21に固定される。よって、磁石22は、本体部21の回転に伴って回転軸Lを中心に回転する。
図1〜3に示すように、ケース50は、回転部材20を回転可能に支持しつつ、回路基板60及び端子70a,70b,70cを保持する。
ケース50は、ポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性樹脂材料からなる。ケース50は、例えば射出成形によって一体で形成される。詳しくは、ケース50は、回転部材20を収容する回転部材収容部51と、回路基板60を収容する検出部収容部52と、回転部材収容部51及び検出部収容部52の間を隔離する隔離壁55と、図示しない外部ケーブルが接続されるコネクタ部53と、ケース50を取付対象110に固定するための取付部54と、を備える。
図3に示すように、検出部収容部52は、回転軸Lに沿う方向の一方側に向かって開口する略円柱状の収容凹部52aを備える。検出部収容部52の収容凹部52aには、磁気検出部40が実装された回路基板60が収容される。検出部収容部52の収容凹部52a内には、回路基板60が収容された状態で、充填部材80が充填される。
なお、充填部材80に代えて、検出部収容部52の収容凹部52aを塞ぐ図示しないカバー蓋が設けられていてもよい。この際、このカバー蓋は、接着剤、レーザー溶着又は超音波溶着といった手法でケース50と接合してもよい。
回転部材収容部51は、回転軸Lに沿う方向の他方側に向かって開口する略円柱状の収容凹部51aを備える。回転部材収容部51の収容凹部51aには、回転部材20が回転軸Lを中心に回転可能に収容される。回転部材20は、回転部材収容部51の収容凹部51aにかしめ等で保持される。
隔離壁55は、回転軸Lに直交する方向に延びる板状をなす。隔離壁55は、回転部材収容部51及び検出部収容部52と一体の合成樹脂により形成される。このため、隔離壁55は、回転部材収容部51の収容凹部51a内と検出部収容部52の収容凹部52a内との間を気密的に隔離する。
図3に示すように、コネクタ部53は、検出部収容部52に隣接して位置し、検出部収容部52と同一方向に開口する中空の長方形柱状をなす。コネクタ部53は、回転軸Lに沿う方向において検出部収容部52よりも高く形成される。コネクタ部53はその外底面である荷重受け面53aを備える。回転角度検出装置1が取付対象110に取り付けられた際、荷重受け面53aは取付対象110の取付面111に面接触する。
図4に示すように、コネクタ部53の内底面には、複数、本例では3つの凹部53bが形成されている。各凹部53bは、回転角度検出装置1を背面から見て長方形状をなす。3つの凹部53bは、コネクタ部53の内底面において回路基板60から離れた位置においてコネクタ部53の長手方向(図4の左右方向)に沿って並ぶ。凹部53bにより、コネクタ部53の側壁とコネクタ部53の底板との強度バランスを保つことができる。このため、ケース50を樹脂成形する際、コネクタ部53の底板が反ることが抑制される。従って、コネクタ部53の荷重受け面53aを平面状に形成することができ、より確実に荷重受け面53aを取付対象110の取付面111に面接触させることができる。
図2に示すように、取付部54は、検出部収容部52の外周面に設けられる。図1、図2に示すように、取付部54は、回転部材20の径方向外側に位置し、底面が検出部収容部52の外周面に連結される略半円板状をなす。取付部54は、回転角度検出装置1が取付対象110に取り付けられた際に、取付対象110の取付面111に面接触する取付座面54aを備える。取付座面54aは、荷重受け面53aと同一平面上に位置し、荷重受け面53aと連結する。
取付部54には、その中央に回転軸Lに沿って延びる円形の貫通孔54bが形成されている。取付部54の貫通孔54b内には円筒状の座金100が設けられている。座金100はその中央に貫通孔101を有する。座金100は、例えば、かしめ等により、取付部54の貫通孔54b内に保持される。図2に示すように、座金100の貫通孔101にはボルト105のねじ部106が挿通される。ボルト105のねじ部106が取付面111に形成されるねじ穴112に螺合される。これにより、ケース50、ひいては回転角度検出装置1が取付対象110に固定される。
図4に示すように、回路基板60は、一辺が円弧状をなす長方形板状の硬質回路基板からなり、検出部収容部52の収容凹部52aに収容される。回路基板60における収容凹部52aの底面に対向する面には磁気検出部40が実装されている。その他、回路基板60には、何れも図示しない回路パターン及びコンデンサ等の各種電子部品が実装されている。
磁気検出部40は、ホールIC(Integrated Circuit)又はMR(Magneto Resistance)素子等の磁気検出素子が合成樹脂のパッケージにより覆われることで形成される。磁気検出部40は、回転部材20とともに回転する磁石22の回転に応じて変化する磁界の強さを検出し、この検出した結果を検出信号に変換したうえで回路基板60を介して端子70a,70b,70cのうち何れかの信号端子に出力する。
図3に示すように、各端子70a,70b,70cは、銅などの導電性の金属からなり、回路基板60を介して磁気検出部40と電気的に接続する。端子70a,70b,70cは、それぞれ信号端子、電源端子及びグランド端子である。
各端子70a,70b,70cは直角に折り曲げられる略L字の板状をなす。例えば、各端子70a,70b,70cは、ケース50における検出部収容部52及びコネクタ部53の間に延びる第1の直線部71と、回路基板60に接続される第2の直線部72と、コネクタ部53の内部空間に位置する第3の直線部73と、を備える。
第1の直線部71は、第2の直線部72及び第3の直線部73の間に位置し、回転軸Lに直交する方向に延びる。第1の直線部71は、ケース50における検出部収容部52及びコネクタ部53の間に埋め込まれている。すなわち、端子70a,70b,70cはケース50にインサート成形されている。
図5に示すように、第1の直線部71は、その長手方向に沿って当該長手方向に直交する方向の幅Wが変化する板状をなす。詳しくは、第1の直線部71は、幅細部71aと、テーパ部71bと、幅広部71cと、を備える。
幅細部71aは、第2の直線部72に連結され、第1の直線部71の長手方向に延びる四角柱状をなす。
テーパ部71bは、幅細部71aよりも第3の直線部73に近い位置において幅細部71aに連結される。テーパ部71bの幅Wは幅細部71aから離れるにつれて大きくなる。言い換えると、テーパ部71bは、その先端が幅細部71aに連結する三角形板状をなす。
幅広部71cは、テーパ部71bよりも第3の直線部73に近い位置においてテーパ部71bに連結され、第1の直線部71の長手方向に沿って一定の幅Wを有する長方形板状をなす。幅広部71cはテーパ部71bの底面に連結されている。
ここで、本実施形態では、第1の直線部71の幅Wは、ケース50における回転軸Lに沿う方向の肉厚H(図3参照)に応じて設定される。ケース50における幅広部71cに対応する部分の肉厚H1は、幅細部71aに対応する部分の肉厚H2よりも薄い。一般的に、ケース50の肉厚Hの薄い箇所においては、ケース50に外力が加わる際に第1の直線部71が変形し易い。このため、本実施形態では、ケース50の肉厚Hの薄い箇所において第1の直線部71の幅Wを大きくすることで、第1の直線部71の変形を抑制できる。
図5に示すように、第2の直線部72は、第1の直線部71の幅細部71aの端部から第1の直線部71に直交する方向に延びる。第2の直線部72は、第1の直線部71の幅細部71aと同一断面の四角柱状をなす。図6に示すように、第2の直線部72の先端が回路基板60を貫通する。
第3の直線部73は、第1の直線部71の幅広部71cの端部から第1の直線部71に直交する方向に延びる。第3の直線部73は、第1の直線部71の幅広部71cと同一断面の長方形板状をなす。第3の直線部73は、第1の直線部71を基準として、第2の直線部72よりも高く形成される。
図3に示すように、シール材90は、回転部材20と回転部材収容部51の間の摺動部への異物混入を防止する。シール材90は、ゴムなどの弾性部材により形成され、例えば断面Y形状のいわゆるYリングである。シール材90は、回転部材20の本体部21の周面と回転部材収容部51の収容凹部51aの内周面との間に位置する。
なお、シール材90は、Yリングに限らず、摺動性に応じてXリング又はOリングなど別の断面形状のシール材を用いてもよい。
(製造方法)
次に、回転角度検出装置1の製造方法について説明する。この作業は、人又は機械により行われる。
まず、端子70a,70b,70cが保持されるケース50において、回転部材収容部51の収容凹部51aに回転部材20を収容するとともに、検出部収容部52の収容凹部52aに磁気検出部40が実装された回路基板60を収容する。そして、検出部収容部52の収容凹部52a内に充填部材80が充填される。以上で、回転角度検出装置1の製造が完了する。
(取り付け方法)
次に、回転角度検出装置1を取付対象110に取り付ける際の作用について説明する。この取り付け作業は、人又は機械により行われる。
図2及び図3に示すように、回転角度検出装置1を取付対象110に取り付けるにあたって、まず、コネクタ部53の荷重受け面53a及び取付部54の取付座面54aを取付対象110の取付面111に面接触させる。このとき、座金100の貫通孔101を取付対象110のねじ穴112に連通させる。この状態で、ボルト105のねじ部106を座金100の貫通孔101に挿通させ、かつ取付対象110のねじ穴112に螺合させる。これによって、ボルト105により取付部54が取付対象110に締結される。この際、回転角度検出装置1はボルト105により片締めされた状態となる。この場合、回転角度検出装置1には、図2の矢印Aに示すように、締結された位置を中心にモーメントが加わる。このとき、コネクタ部53の荷重受け面53aは自身に接触する取付面111を押すことにより荷重を受ける。このように、コネクタ部53の荷重受け面53aが荷重を受けることにより、上記モーメントに伴い生じる応力をケース50のコネクタ部53に集中させることができる。このため、磁気検出部40に生じる応力を低減させることができる。
回転角度検出装置1を取付対象110に取り付けた後、図示しない外部ケーブルがコネクタ部53に挿入される。この外部ケーブルは、端子70a,70b,70cとECU(Electronic Control Unit)又はメータ等の図示しない外部機器と電気的に接続する。この状態で、回転角度検出装置1は、磁気検出部40により検出された検出信号をこの外部機器に出力する。この外部ケーブルがコネクタ部53に挿入される際にも、コネクタ部53の荷重受け面53aが取付面111から荷重を受けることで、応力をケース50のコネクタ部53に集中させることができ、磁気検出部40に生じる応力を低減させることができる。
(効果)
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)回転角度検出装置1は、ケース50と、磁石22を含み、磁石22とともに回転軸Lを中心に回転可能にケース50に収容される回転部材20と、ケース50に固定され、回転部材20の回転に伴う磁石22の磁気変化を検出する磁気検出部40と、ケース50における回転軸Lから離れた位置に設けられるコネクタ部53と、ケース50に設けられ、取付対象110に取り付けられる取付部54と、を備える。取付部54は、ケース50が取付対象110に取り付けられたときに取付対象110に接触する取付座面54aを備える。コネクタ部53は、取付座面54aと同一平面上に延びる外底面である荷重受け面53aを備える。
この構成によれば、回転角度検出装置1に加わる外力により、コネクタ部53の荷重受け面53aは取付対象110に押されることで取付対象110から荷重を受ける。これにより、回転角度検出装置1に発生する応力をコネクタ部53に集中させることができ、磁気検出部40に生じる応力を低減させることができる。よって、磁気検出部40にストレスが加わることが抑制され、ひいては磁気検出部40に不具合が生じることが抑制される。
例えば、取付部54を取付対象110に取り付ける際又は外部ケーブルをコネクタ部53に装着する際に、回転角度検出装置1には外力が加わる。この際、コネクタ部53の荷重受け面53aが取付対象110に接触することで、外部ケーブルからケース50に伝わる振動を減衰させることができる。
(2)荷重受け面53aは、ケース50が取付対象110に取り付けられたときに取付対象110に接触しつつ回転角度検出装置1に加わる外力に伴い取付対象110からの力を受ける。
この構成によれば、回転角度検出装置1に発生する応力をコネクタ部53に集中させることができ、磁気検出部40に生じる応力を低減させることができる。よって、磁気検出部40に不具合が生じることが抑制される。
(3)コネクタ部53及び取付部54は、回転軸Lに沿う方向から見て、回転部材20の周囲において互いに隣り合う位置に設けられる。
この構成によれば、取付部54が取付対象110に締結されると、回転角度検出装置1には、この締結された位置を中心にモーメントが加わる。この際、コネクタ部53の荷重受け面53aは自身に接触する取付対象110を押すことにより荷重を受ける。このように、コネクタ部53の荷重受け面53aが荷重を受けることにより、応力をケース50のコネクタ部53に集中させることができ、磁気検出部40に生じる応力を低減させることができる。よって、磁気検出部40に不具合が生じることが抑制される。
(4)取付座面54aと荷重受け面53aは互いに連結している。
この構成によれば、回転角度検出装置1に外力が加わった場合、荷重受け面53aのみならず、取付座面54aも取付対象110から荷重を受ける。よって、磁気検出部40に生じる応力をより低減させることができる。
また、コネクタ部53及び取付部54は一体として構成されるため、コネクタ部53及び取付部54の強度を高めることができる。よって、コネクタ部53及び取付部54の変形又は破損を抑制することができる。
(5)ケース50は、回転部材20を回転可能に収容する回転部材収容部51と、回転軸Lに沿って回転部材収容部51と並ぶ位置に設けられ、磁気検出部40を収容する検出部収容部52と、回転部材収容部51及び検出部収容部52と一体で形成され、回転部材収容部51と検出部収容部52の間を隔離する隔離壁55と、を備える。
この構成によれば、隔離壁55は回転部材収容部51及び検出部収容部52と一体で形成される。このため、隔離壁55により回転部材収容部51と検出部収容部52の間の気密性を保つことができる。例えば、隔離壁がケースと別体で構成され、かつ隔離壁とケースの間にシール材を配置する本実施形態とは異なる構成に比べて、本実施形態では、高い気密性を実現することができる。
(6)回転角度検出装置1は、磁気検出部40が実装される回路基板60と、ケース50に固定され、回路基板60を介して磁気検出部40に電気的に接続される端子70a,70b,70cと、を備える。端子70a,70b,70cは、ケース50内に埋め込まれて、コネクタ部53と検出部収容部52との間に延びる第1の直線部71と、第1の直線部71の一端から回路基板60に向かう方向に延び、回路基板60に電気的に接続される第2の直線部72と、第1の直線部71の他端から第2の直線部72と同一方向に沿ってコネクタ部53に向けて延びる第3の直線部73と、を備える。第1の直線部71は、第2の直線部72の幅Hよりも大きい幅Wを有する幅広部71cを備える。
この構成によれば、幅広部71cにより第1の直線部71、ひいては端子70a,70b,70cの変形を抑制することができる。
(7)コネクタ部53は一方向に向けて開口する中空状をなし、コネクタ部53の内底面には凹部53bが形成されている。
この凹部53bにより、ケース50を樹脂により成形する際、コネクタ部53の底板が反ることが抑制される。このため、荷重受け面53aを平面状に形成することができ、より確実に荷重受け面53aを取付対象110の取付面111に面接触させることができる。
(8)第1の直線部71は、幅細部71aと、幅細部71aより大きい幅Wを有する幅広部71cと、幅細部71a及び幅広部71c間に位置し幅細部71aから幅広部71cに近づくにつれて幅Wが大きくなるテーパ部71bと、を備える。
この構成によれば、テーパ部71bにより第1の直線部71における応力集中を抑制することができ、第1の直線部71が変形又は破損することが抑制される。
(変形例)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
上記実施形態においては、コネクタ部53は外部ケーブルを回転軸Lに沿う方向に挿入可能に構成されていたが、外部ケーブルを回転軸Lに直交する方向に挿入可能に構成されていてもよい。この場合、端子70a,70b,70cの第3の直線部73は、第1の直線部71と同一方向に延びる。
上記実施形態においては、端子70a,70b,70cはその幅Wが長手方向に沿って異なるように形成されていたが、幅Wが長手方向に沿って同一であってもよい。
上記実施形態においては、コネクタ部53及び取付部54は、回転軸Lに沿う方向から見て、回転部材20の周囲において互いに隣り合う位置に設けられていたが、互いに離れた位置に設けられていてもよい。例えば、コネクタ部53及び取付部54は、回転部材20を挟んで対向する位置に設けられていてもよい。この場合、取付座面54aと荷重受け面53aは連結しない。
上記実施形態においては、第1の直線部71において、幅細部71aと幅広部71cの間にテーパ部71bが形成されていたが、テーパ部71bは省略されてもよい。また、第1の直線部71は幅広部71cのみから構成されてもよい。
1 回転角度検出装置
20 回転部材
21 本体部
21a 磁石収容凹部
21b シャフト収容凹部
21c 板バネ
22 磁石
40 磁気検出部
50 ケース
51 回転部材収容部
52 検出部収容部
53 コネクタ部
53a 荷重受け面
54 取付部
54a 取付座面
54b 貫通孔
60 回路基板
70a,70b,70c 端子
71 第1の直線部
71a 幅細部
71b テーパ部
71c 幅広部
72 第2の直線部
73 第3の直線部
80 充填部材
90 シール材
100 座金

Claims (7)

  1. ケースと、
    磁石を含み、前記磁石とともに回転軸を中心に回転可能に前記ケースに収容される回転部材と、
    前記ケースに固定され、前記回転部材の回転に伴う前記磁石による磁気変化を検出する磁気検出部と、
    前記ケースにおける前記回転軸から離れた位置に設けられるコネクタ部と、
    前記ケースに設けられ、取付対象に取り付けられる取付部と、を備え、
    前記取付部は、前記ケースが前記取付対象に取り付けられたときに前記取付対象に接触する取付座面を備え、
    前記コネクタ部は、前記取付座面と同一平面上に延びる外面を備える、
    回転角度検出装置。
  2. 前記コネクタ部の前記外面は、前記ケースが前記取付対象に取り付けられたときに前記取付対象に接触しつつ前記回転角度検出装置に加わる外力に伴い前記取付対象からの力を受ける荷重受け面である、
    請求項1に記載の回転角度検出装置。
  3. 前記コネクタ部及び前記取付部は、前記回転軸に沿う方向から見て、前記回転部材の周囲において互いに隣り合う位置に設けられる、
    請求項2に記載の回転角度検出装置。
  4. 前記取付座面と前記荷重受け面は互いに連結している、
    請求項3に記載の回転角度検出装置。
  5. 前記ケースは、
    前記回転部材を回転可能に収容する回転部材収容部と、
    前記回転軸に沿って前記回転部材収容部と並ぶ位置に設けられ、前記磁気検出部を収容する検出部収容部と、
    前記回転部材収容部及び前記検出部収容部と一体で形成され、前記回転部材収容部と前記検出部収容部の間を隔離する隔離壁と、を備える、
    請求項1から4の何れか一項に記載の回転角度検出装置。
  6. 前記回転角度検出装置は、
    前記磁気検出部が実装される回路基板と、
    前記ケースに固定され、前記回路基板を介して前記磁気検出部に電気的に接続される端子と、を備え、
    前記端子は、
    前記ケース内に埋め込まれて、前記コネクタ部と前記検出部収容部との間に延びる第1の直線部と、
    前記第1の直線部の一端から前記回路基板に向かう方向に延び、前記回路基板に電気的に接続される第2の直線部と、
    前記第1の直線部の他端から前記コネクタ部に向けて延びる第3の直線部と、を備え、
    前記第1の直線部は、前記第2の直線部の幅よりも大きい幅を有する幅広部を備える、
    請求項5に記載の回転角度検出装置。
  7. 前記コネクタ部は一方向に向けて開口する中空状をなし、
    前記コネクタ部の内底面には凹部が形成されている、
    請求項1から6の何れか一項に記載の回転角度検出装置。
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