JP2019132716A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁力線の向きを検知する磁気検知素子を用いて、より小型で検出精度の高い回転角度検出装置を提供する。【解決手段】回転角度検出装置は、回転体１１と、回転体１１を支持するボディ３と、回転体１１の回転角度を検出する回転角度センサ１２と、回転体１１に取り付けられた一体成形のマグネット１５とを備える。回転角度センサ１２は、マグネット１５の検知側Ｎ極面１８ａと検知側Ｓ極面１９ａとを結ぶ磁力線の向きを検出する。マグネット１５は、これを回転体１１に固定するねじ２９、３０の一部を収容してその固定力を受け止める減容部２２、２３を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転可能に支持された回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。

従来、このような回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置として、スロットルバルブの回転軸を回転可能に支持するスロットルボディと、スロットルボディに取り付けられ、回転軸の回転角度を検出する磁気センサとを備えたものが知られている。この装置では、回転軸に取り付けられた磁石が生じる磁界を磁気センサで検出することにより、回転軸の回転角度が検出される（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の回転角度検出装置では、磁石は、回転軸の一端部に固定された所定厚みを有する板部材の外周部に対し、該厚みよりも大きい高さの円筒状にモールド成形して一体化されている。磁石には、円周方向に所定ピッチでＮ極、Ｓ極が形成されている。磁気センサは、このような多極磁石からの磁力線の向きの変化をホール素子により検出するものであり、該磁石の端面に対向して配置される。

回転軸が回転すると、磁気センサが検出する磁力線の向きが変化するので、磁気センサはこの磁力線の向きの変化に応じた検出信号を、回転角度に応じて出力する。この検出信号が回転軸の回転角度を表すものとして回転軸の駆動制御装置にフィードバックされ、スロットルバルブの開閉制御が行われる。

特開２０１５−１４７９号公報

しかしながら、上記特許文献１の回転角度検出装置によれば、多極磁石からの磁力線の向きの変化に基づいて回転角度を検出しているので、多極磁石による磁力線以外の外部からの磁力線による影響が出ないように、磁気センサが配置される空間に、多極磁石からより多くの磁力線が配置されるようにする必要がある。このため、多極磁石は大きく形成され、また多くの磁力線を発生させる高価な材料によって作られ、回転角度検出装置の廉価と小型化の妨げとなっていた。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、磁力線の向きを検知する磁気検知素子を用いて、より小型で検出精度の高い回転角度検出装置を提供することにある。

第１発明に係る回転角度検出装置は、
回転体と、
前記回転体を回転可能に支持するボディと、
前記ボディに取り付けられ、磁気検知素子により前記回転体の回転角度を検出する回転角度センサと、
前記回転体に取り付けられ、前記磁気検知素子により検知される磁界を生じる被検出体とを備える回転角度検出装置において、
前記被検出体は、前記回転体の回転軸線の方向における一方側の端部に固定され、該一方側に少なくとも一対の検知側Ｎ極面と検知側Ｓ極面とが配置される一体成形のマグネットであり、
前記回転角度センサは、前記被検出体の前記一方側に配置され、前記検知側Ｎ極面と前記検知側Ｓ極面とを結ぶ磁力線の向きを検出するものであり、
前記被検出体には、前記回転軸線方向に深さを有する減容部が前記検知側Ｎ極面と前記検知側Ｓ極面との境界線上に設けられ、
前記減容部は、前記被検出体を前記回転体に固定する固定構造の少なくとも一部を収容するとともに、該被検出体を該回転体に固定する固定力を受け止めることを特徴とする。

第１発明によれば、被検出体を一体成形のマグネットで構成したので、回転体への被検出体の取付けを容易に行うことができる。また、被検出体の検知側Ｎ極面と検知側Ｓ極面との境界線上に減容部を設けたので、減容部を通る磁気回路を通過する磁力線を少なくすることができる。その分、検知側Ｎ極面から磁気検知素子が存在する空間を通過して検知側Ｓ極面に至る磁力線を増加させて、磁気検知素子が配置される空間の磁束密度を大きくすることができる。

さらに、減容部が固定構造の一部を収容するので、固定構造が被検出体から回転角度センサの方向に張り出すのを回避することができる。これにより、回転角度センサを被検出体に支障なく近づけることが可能となるので、磁気検知素子を被検出体近傍の磁束密度の高い空間に近づけることが可能となり、回転角度センサの検知精度を向上させることができる。したがって、より小型で検出精度の高い回転角度検出装置を提供することができる。

第２発明に係る回転角度検出装置は、第１発明において、
前記回転体は、前記一方側の端部において前記回転軸線に直交する方向に延在し、前記被検出体とともに磁気回路を強化するヨークを備え、
前記被検出体は、前記検知側Ｎ極面を構成する検知側Ｎ極に対応するベース側Ｓ極及び前記検知側Ｓ極面を構成する検知側Ｓ極に対応するベース側Ｎ極を前記ヨークの前記一方側の面に当接した状態で該ヨークに取り付けられることを特徴とする。

第２発明によれば、被検出体を含む磁気回路がヨークにより強化され、検知側Ｎ極面から検知側Ｓ極面に至る磁力線を増やすことができるので、回転角度センサによる検出精度を向上させることができる。

第３発明に係る回転角度検出装置は、第１又は第２発明において、
前記減容部は、前記被検出体の前記一方側の端面から前記回転軸線方向に延びた壁面を備え、
前記壁面は、前記一方側の端面から、前記被検出体の前記回転軸方向の厚さの２分の１までの領域又は該２分の１を超える領域にわたって延在し、該被検出体の透磁率よりも低い透磁率の材質又は空間と接していることを特徴とする。

第３発明によれば、被検出体の回転軸線方向における上記領域と反対側の領域はヨークとして機能するとともに、減容部におけるＮ極側の壁面からＳ極側の壁面に向かう磁力線は、透磁率の小さい材質又は空間によって減少させられる。その分、検知側Ｎ極面から検知側Ｓ極面に至る磁力線は、磁気検知素子が磁界を検知する空間に密度の高い磁束を形成する。これにより、磁気検知素子による磁力線の検知精度を高めて、回転角度センサの検出精度を向上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を適用した吸気制御装置の要部を示す斜視図である。 図２Ａは、図１の装置におけるマグネットが取り付けられた回転体を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａの部分を、モールド樹脂部を除いて示す斜視図である。 図３Ａは、図１の装置のマグネットを示す斜視図であり、図３Ｂは、該マグネットが生じる磁力線の様子を示す断面図であり、図３Ｃは、該マグネットの減容部の近傍における磁力線の様子を示す断面図である。 図４Ａは、回転体に取り付けられる被検出体の変形例を示す斜視図であり、図４Ｂは、該被検出体が該回転体に取り付けられた状態を示す断面図であり、図４Ｃは、回転体に取り付けられる被検出体の別の変形例を示す斜視図であり、図４Ｄは、該被検出体が該回転体に取り付けられた状態を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置を適用した吸気制御装置の要部を示す。図１に示すように、この吸気制御装置１は、内燃機関に搭載されて、該内燃機関の燃焼室に通じる吸気管２を備えるボディ３と、ボディ３に回動可能に支持される弁軸４と、弁軸４に固定された弁体５とを備える。

弁体５は、吸気管２の内部に配置され、内燃機関の燃焼室に流入する空気流量を調整するために駆動される。吸気管２は、接続面３ａを介して、内燃機関の燃焼室に通じる管路に接続される。

また、吸気制御装置１は、弁体５を駆動するための動力を発生する電動モータ７と、電動モータ７によって発生された動力を弁体５に伝達する動力伝達機構８と、電動モータ７及び動力伝達機構８を収容する動力室９とを備える。動力室９は、ねじ１０によりボディ３に固定される蓋部６によって閉塞される。

動力伝達機構８は、電動モータ７の回転軸に固定されたピニオンギア８ａと、弁軸４の端部に固定されてピニオンギア８ａと噛み合うレバーギア８ｂとを備え、電動モータ７の回転軸の回転力を減速して弁軸４に伝達する。

弁軸４、弁体５、レバーギア８ｂ等は、ボディ３により弁軸４を介して回転可能に支持された回転体１１を構成する。蓋部６の内側には、磁気検知素子により回転体１１の回転角度を検出する回転角度センサ１２が設けられる。磁気検知素子としては、例えばホール素子が用いられる。

図２Ａは、回転体１１を示す。図２Ａに示すように、レバーギア８ｂは、インサートプレート１３をインサート部品としてインサート成形により形成したモールド樹脂部１４で構成される。

図２Ｂは、図２Ａの部分を、モールド樹脂部１４を除いて示す。図２Ｂに示すように、インサートプレート１３は、弁軸４の蓋部６側の端部に固定され、弁軸４の回転軸線に直交する方向に延在する。以下、弁軸４の回転軸線の一方側である蓋部６側の方向を「Ｄ方向」とする。

インサートプレート１３のＤ方向側には、被検出体としてのマグネット１５が設けられる。マグネット１５は、ほぼ円筒状の外形を有しており、その中心軸線が弁軸４の回転軸線上に位置するように配置される。

図３Ａに示すように、マグネット１５の主要部１６は、高さが半径よりも小さい円筒状の外形を有し、径方向中心側が中心軸線方向に貫通した円筒状の空間となっている。主要部１６の回転角度センサ１２に対峙する面は、境界線１７を挟んで一対の検知側Ｎ極面１８ａと検知側Ｓ極面１９ａとなっている。

すなわち、主要部１６は、そのＤ方向側に検知側Ｎ極面１８ａを構成する検知側Ｎ極１８及び検知側Ｓ極面１９ａを構成する検知側Ｓ極１９を有し、これらに対応するベース側Ｓ極２０及びベース側Ｎ極２１を、Ｄ方向と反対側に有する。

したがって、主要部１６の回転角度センサ１２側の空間には、検知側Ｎ極面１８ａと検知側Ｓ極面１９ａとを結ぶ磁力線（磁界）が生じている。上述の回転角度センサ１２は、主要部１６のＤ方向側において、その磁気検知素子が検知する磁界に基づいて該磁力線の向きを検出する。

マグネット１５には、弁軸４の回転軸線方向に深さを有する減容部２２及び２３が境界線１７上に設けられる。減容部２２及び２３は、主要部１６のＤ方向側端面からＤ方向と逆方向に延びた壁面２４を備える。

壁面２４は、該端面から、マグネット１５の該回転軸線方向の厚さの２分の１までの領域又は該２分の１を超える領域にわたって延在し、マグネット１５の透磁率よりも低い透磁率の材質又は空間と接している。

マグネット１５は、主要部１６における壁面２４よりもＤ方向と反対側の部分からそれぞれ境界線１７に沿って主要部１６の径方向外方に延出した取付部２５及び２６を備える。取付部２５及び２６には、それぞれねじ孔２７及び２８が設けられる。マグネット１５は、取付部２５及び２６を含めて一体として成形されたものである。

したがって、マグネット１５は、図２Ｂに示すように、ねじ２９及び３０を、それぞれねじ孔２７及び２８に通してインサートプレート１３に螺合させるだけで、容易にインサートプレート１３に固定される。この固定は、ベース側Ｓ極２０及びベース側Ｎ極２１がインサートプレート１３のＤ方向側の面に当接した状態で行われる。

また、この固定に際しては、ねじ２９及び３０の頭部の一部が、それぞれ減容部２２及び２３に収容される。これにより、該頭部がマグネット１５のＤ方向側端面よりもＤ方向側へ突出することが回避されている。また、減容部２２及び２３の底部は、ねじ２９及び３０による固定力を受け止める座面として機能する。

インサートプレート１３は、ヨークに適した磁性体で形成される。したがって、インサートプレート１３は、マグネット１５とともに磁気回路を強化するヨークとして機能する。

また、インサートプレート１３は、板材を切断加工しただけの単純な形態を有する。このため、インサートプレート１３は、鍛造物とは異なり、その製造に際しては、板材が有していた高い透磁率が維持されるので、焼鈍をする必要はない。したがって、インサートプレート１３は、容易に製造することができる。

この構成において、マグネット１５は、図３Ａに示すように、検知側Ｎ極面１８ａから主要部１６のＤ方向側の空間を通って検知側Ｓ極面１９ａに至る磁力線ｍ１が生じている。また、検知側Ｎ極１８から主要部１６の減容部２２及び２３側の内部及び空間を通って検知側Ｓ極に至る磁力線ｍ２が生じている。

しかし、減容部２２及び２３の検知側Ｎ極１８側の壁面２４部分から減容部２２及び２３の空間を経て検知側Ｓ極１９側の壁面２４部分に至る磁力線は、該空間の透磁率が小さいので、減容部２２及び２３が存在しない場合に比べて、少なくなっている。その分、主要部１６のＤ方向側の空間を通る磁力線ｍ１が多いので、主要部１６のＤ方向側の空間のの磁束密度が増加している。

一方、図３Ｂに示すように、インサートプレート１３がマグネット１５のヨークとして機能している。このため、マグネット１５を含む磁気回路が該ヨークにより強化されて漏れ磁束が少なくなり、主要部１６のＤ方向側の空間を通る磁力線ｍ１が増加し、主要部１６のＤ方向側の空間の磁束密度が高められている。

他方、マグネット１５の減容部２２を通り、かつ境界線１７に垂直な断面においては、図３Ｃに示すように、ベース側Ｓ極２０及びベース側Ｎ極２１が、検知側Ｎ極１８及び検知側Ｓ極についてのヨークとして機能する。

すなわち、図３Ｃの断面部分は、Ｕ型磁石と類似した機能を有している。その分多くなった磁力線ｍ４が、検知側Ｎ極面１８ａから減容部２２のＤ方向側空間を通って検知側Ｓ極面１９ａに至っている。減容部２３を通り、境界線１７に垂直な断面部分についても同様である。

このように、検知側Ｎ極面１８ａから主要部１６のＤ方向側空間を通って検知側Ｓ極面１９ａに至る磁力線は、減容部２２、２３及びインサートプレート１３によって増加されている。

この状態において、電動モータ７により弁軸４を回転して、吸気管２を流れる吸気量が制御される際には、回転角度センサ１２により検出される弁軸４の回転角度がフィードバックされて電動モータ７の駆動が制御される。

このとき、弁軸４の回転角度の検出にあたっては、回転角度センサ１２により、主要部１６の回転角度センサ１２側の空間に生じている検知側Ｎ極面１８ａと検知側Ｓ極面１９ａとを結ぶ磁力線の向きが検出される。そして、この磁力線は、上述のように、減容部２２、２３及びインサートプレート１３によって増加されている。

したがって、弁軸４の回転角度は、回転角度センサ１２によって、高い精度で検出される。これにより、吸気制御装置１による良好な吸気制御が達成される。

以上のように、本実施形態によれば、被検出体を一体成形のマグネット１５で構成したので、回転体１１への被検出体の取付けを容易に行うことができる。また、マグネット１５の検知側Ｎ極面１８ａと検知側Ｓ極面１９ａとの境界線上に減容部２２、２３を設けたので、減容部２２、２３のマグネット１５側の空間を通過する磁力線が増加し、減容部２２、２３のマグネット１５側の空間の磁束密度を大きくすることができる。

さらに、減容部２２、２３が固定構造としてのねじ２９及び３０の一部を収容するので、ねじ２９及び３０がマグネット１５からＤ方向に張り出すのを回避することができる。これにより、回転角度センサ１２を支障なくマグネット１５に近づけることが可能となるので、回転角度センサ１２の検知精度を向上させることができる。したがって、より小型で検出精度の高い回転角度検出装置を提供することができる。

また、マグネット１５を含む磁気回路がインサートプレート１３のヨーク機能により強化され、検知側Ｎ極面１８ａから検知側Ｓ極面１９ａに至る磁力線を増やすことができるので、回転角度センサ１２による検出精度をさらに向上させることができる。また、インサートプレート１３を単純な板状のものとしたので、マグネット１５のヨークとして機能するインサートプレート１３を、焼鈍の必要なく容易に形成することができる。

また、マグネット１５に減容部２２、２３を設けたことにより、マグネット１５の減容部２２、２３のＤ方向側と反対側をヨークとして機能させるとともに、減容部２２、２３の検知側Ｎ極１８側の壁面２４部分から検知側Ｓ極１９側の壁面２４部分に向かう磁力線を減らすことができる。これにより、検知側Ｎ極面１８ａから検知側Ｓ極面１９ａに至る磁力線をさらに増やして回転角度センサ１２の検出精度をさらに向上させることができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、回転体に取り付けられる被検出体の変形例を示す斜視図及び断面図である。図４Ａの被検出体３１は、ほぼ円筒状の形状を有するマグネットである点では図３Ａのマグネット１５の主要部１６と同様である。

しかし、被検出体３１は、減容部３２、３３の深さが被検出体３１の高さ（厚さ）の二分の１よりも浅く、径方向中心側の円筒状の空間を有しておらず、かつ取付部２５、２６に相当するものも有していない点で、マグネット１５と異なる。

したがって、回転体３４に対する被検出体３１の固定は、図４Ｂのように、減容部３２、３３の底部及び回転体３４に両端部がそれぞれ係合する２つのクリップ３５により、インサートプレート１３のようなヨークを介することなく行われる。回転体３４を磁性材で構成すれば、回転体３４がヨークとして機能する。他の構成、作用については、図３Ａのマグネット１５の場合と同様である。

図４Ｃ及び図４Ｄは、回転体に取り付けられる被検出体の別の変形例を示す斜視図及び断面図である。図４Ｃの被検出体３６は、ほぼ円筒状の形状を有する点では図３Ａのマグネット１５の主要部１６と同様である。

しかし、被検出体３６は、マグネット１５と異なり、周方向に検知側Ｎ極面３７ａ、検知側Ｓ極面３８ａ、検知側Ｎ極面３９ａ、及び検知側Ｓ極面４０ａの順で配置された二対の検知側Ｎ極面及び検知側Ｓ極面を有する。これに対応して、被検出体３６は、検知側Ｎ極３７、検知側Ｓ極３８、検知側Ｎ極３９、検知側Ｓ極４０、ベース側Ｓ極４５、ベース側Ｎ極４６、ベース側Ｓ極４７、及びベース側Ｎ極４８を有する。

検知側Ｎ極面３７ａ、検知側Ｓ極面３８ａ、検知側Ｎ極面３９ａ、及び検知側Ｓ極面４０ａの各隣接する部分の境界線上に、４つの減容部４１〜４４が設けられる。ただし、減容部４１〜４４は、被検出体３６の外周面から中央の円筒状の空間５３に至る溝状のものとして設けられる。

図４Ｄに示すように、回転体４９に対する被検出体３６の固定は、これらをインサート部品として、被検出体３６の外周から回転体４９の被検出体３６に対する固定部分に及ぶ範囲を透磁率の低い樹脂５０でインサート成形することにより行われる。したがって、この固定は、インサートプレート１３のようなヨークを介することなく行われる。

このために、回転体４９は、横方向に貫通する横孔５１、及び被検出体３６側の端面から横孔５１に貫通する縦孔５２を有する。樹脂５０は、図４Ｄのように、被検出体３６及び回転体４９の被検出体３６への固定部分の外周を覆うとともに、回転体４９の横孔５１、縦孔５２、被検出体３６の中央の空間５３、及び各減容部４１〜４４に入り込んで、被検出体３６及び回転体４９を結合する。

また、回転体４９を磁性材で構成すれば、回転体４９がヨークとして機能する。他の構成、作用については、図３Ａのマグネット１５の場合と同様である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の回転角度検出装置は、図２Ａの吸気制御装置１の回転体１１に限らず、ボディにより回動可能に支持される他の回転体の回転角度を検出するのにも用いることができる。

また、回転角度センサ１２の磁気検知素子としては、検知側Ｎ極面と前記検知側Ｓ極面とを結ぶ磁力線の向きの検出に使用できるものであれば、ホール素子以外の磁気検知素子を用いてもよい。

また、減容部は、被検出体を回転体に固定する固定構造が許容する場合には、被検出体のＤ方向側の端面から反対側の端面に至る範囲に設けてもよい。

１…吸気制御装置、２…吸気管、３…ボディ、３ａ…接続面、４…弁軸、５…弁体、６…蓋部、７…電動アクチュエータ、８…動力伝達機構、８ａ…ピニオンギア、８ｂ…レバーギア、９…動力室、１０…ねじ、１１、３４、４９…回転体、１２…回転角度センサ、１３…インサートプレート、１４…モールド樹脂部、１５…マグネット（被検出体）、１６…主要部、１７…境界線、１８、３７、３９…検知側Ｎ極、１８ａ、３７ａ、３９ａ…検知側Ｎ極面、１９、３８、４０…検知側Ｓ極、１９ａ、３８ａ、４０ａ…検知側Ｓ極面、２０、４５、４７…ベース側Ｓ極、２１、４６、４８…ベース側Ｎ極、２２、２３、３２、３３、４１〜４４…減容部、２４…壁面、２５、２６…取付部、２７、２８…ねじ孔、２９、３０…ねじ（固定構造）、３１、３６…被検出体、３５…クリップ、５０…樹脂、５１…横孔、５２…縦孔、５３…空間。

Claims (3)

1. 回転体と、
   前記回転体を回転可能に支持するボディと、
   前記ボディに取り付けられ、磁気検知素子により前記回転体の回転角度を検出する回転角度センサと、
   前記回転体に取り付けられ、前記磁気検知素子により検知される磁界を生じる被検出体とを備える回転角度検出装置において、
   前記被検出体は、前記回転体の回転軸線の方向における一方側の端部に固定され、該一方側に少なくとも一対の検知側Ｎ極面と検知側Ｓ極面とが配置される一体成形のマグネットであり、
   前記回転角度センサは、前記被検出体の前記一方側に配置され、前記検知側Ｎ極面と前記検知側Ｓ極面とを結ぶ磁力線の向きを検出するものであり、
   前記被検出体には、前記回転軸線方向に深さを有する減容部が前記検知側Ｎ極面と前記検知側Ｓ極面との境界線上に設けられ、
   前記減容部は、前記被検出体を前記回転体に固定する固定構造の少なくとも一部を収容するとともに、該被検出体を該回転体に固定する固定力を受け止めることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記回転体は、前記一方側の端部において前記回転軸線に直交する方向に延在し、前記被検出体とともに磁気回路を構成するヨークを備え、
   前記被検出体は、前記検知側Ｎ極面を構成する検知側Ｎ極に対応するベース側Ｓ極及び前記検知側Ｓ極面を構成する検知側Ｓ極に対応するベース側Ｎ極を前記ヨークの前記一方側の面に当接した状態で該ヨークに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記減容部は、前記被検出体の前記一方側の端面から前記回転軸線方向に延びた壁面を備え、
   前記壁面は、前記一方側の端面から、前記被検出体の前記回転軸線方向の厚さの２分の１までの領域又は該２分の１を超える領域にわたって延在し、該被検出体の透磁率よりも低い透磁率の材質又は空間と接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。