JP2021124460A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感度の高いＭＲ素子を磁気検出素子として用いた場合であっても検出精度の低下を抑制でき、かつセンサ部の小型化が可能な回転検出装置を提供する。
【解決手段】回転検出装置は、回転部材に取り付けられ周方向に沿って複数の磁極が設けられている被検出部材２と、固定部材に取り付けられ被検出部材２と対向して配置されているセンサ部３と、を備え、センサ部３は、磁気検出素子を含む板状の検出部４０と、検出部４０から延出された接続端子４１と、を有する磁気センサ４と、磁気センサ４を被覆するように設けられたハウジング部５と、を有し、磁気検出素子は、検出部４０の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出する磁気抵抗効果素子からなり、センサ部３は、磁気センサ４の検出部４０における接続端子４１の延出側と反対側の端部である先端部が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転検出装置に関する。

従来、例えば車輪の軸受ユニットに用いられ、車輪と共に回転する回転部材の回転速度を検出する回転検出装置が知られている。回転検出装置では、回転部材に取り付けた環状の磁石（被検出部材という）による磁界の変化を、センサ部に設けられた磁気センサで検出することにより、回転部材の回転速度を検出する。

一般に、磁気センサは、被検出部材からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部と、検出部から延出された接続端子と、を有している。従来の回転検出装置では、被検出部材の軸方向端面に対して、検出部の一方の面が対向するように（すなわち、検出部の板厚方向に検出部と被検出部材の軸方向端面とが対向するように）センサ部を配置している（例えば、特許文献１参照）。検出精度を向上するため、被検出部材と検出部間の距離はなるべく短く設定されるのが一般的である。

特開２０１５−１８４０９４号公報

近年、磁気検出素子として磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）が広く用いられおり、またＭＲ素子の感度は大きく向上してきている。このような感度の高いＭＲ素子を磁気検出素子として用いた場合、従来通り、被検出部材の軸方向端面に対して、検出部の一方の面が対向するようにセンサ部を配置すると、磁気検出素子が被検出部材に近づき過ぎて、磁気検出位置での磁束密度変化が大きくなり過ぎ、磁気検出素子の抵抗値変化が飽和して検出精度が低下してしまうおそれが生じる。

この課題を解決するために、例えば、センサ部内で被検出部材から遠い位置に検出部を設けることが考えられるが、この場合、センサ部が大型化してしまうおそれがある。また、センサ部自体を被検出部材から遠ざけることも考えられるが、センサ部の設置スペースが狭い場合には対応できないおそれがある。

そこで、本発明は、感度の高いＭＲ素子を磁気検出素子として用いた場合であっても検出精度の低下を抑制でき、かつセンサ部の小型化が可能な回転検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、回転部材に取り付けられており、前記回転部材の回転軸を中心とした周方向に沿って複数の磁極が設けられている被検出部材と、前記回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられており、前記被検出部材と対向して配置されているセンサ部と、を備え、前記センサ部は、前記被検出部材からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部と、前記検出部から延出された接続端子と、を有する磁気センサと、前記磁気センサを被覆するように設けられたハウジング部と、を有し、前記磁気検出素子は、前記検出部の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出する磁気抵抗効果素子からなり、前記センサ部は、前記磁気センサの前記検出部における前記接続端子の延出側と反対側の端部である先端部が、前記被検出部材の軸方向端面に臨むように設けられている、回転検出装置を提供する。

本発明によれば、感度の高いＭＲ素子を磁気検出素子として用いた場合であっても検出精度の低下を抑制でき、かつセンサ部の小型化が可能な回転検出装置を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る回転検出装置の概略構成図である。 センサ部の外観を示す斜視図である。 センサ部の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）は被検出部材の周方向から見た側面図、（ｂ）は被検出部材の径方向から見た正面図である。 被検出部材に対する磁気センサの配置を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 センサ部の先端部の断面図である。 本発明の一変形例に係るセンサ部の内部構造を示す側面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一変形例に係るセンサ部の内部構造を示す側面図である。 （ａ）は、本発明の一変形例に係るセンサ部の内部構造を示す側面図であり、（ｂ）は被検出部材に対する磁気センサの配置を説明する平面図、（ｃ）は（ｂ）において被検出部材の径方向から見た正面図である。 図８（ｂ）のＡ−Ａ線断面における磁束密度の分布の一例を示すグラフ図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る回転検出装置の概略構成図である。図１に示すように、回転検出装置１は、被検出部材２と、センサ部３と、を備えている。回転検出装置１は、例えば、自動車における車輪の回転速度、すなわち車輪速を検出するために用いられるものである。

（被検出部材２）
被検出部材２は、図示しない回転部材に取り付けられており、回転部材と共に回転する。回転検出装置１を車輪速の検出に用いる場合、回転部材は、例えば、車輪が取り付けられ車輪と共に回転する内輪である。被検出部材２は、円環状に形成されると共に、回転部材の回転軸に対して垂直な板状に形成されており、例えば回転部材の外周面に取り付けられている。

本実施の形態では、被検出部材２は、回転部材の回転軸を中心した周方向に沿って複数の磁極が設けられている磁気エンコーダから構成されている。被検出部材２は、周方向に沿って交互に配列されたＮ磁極とＳ磁極とを有している。

（センサ部３）
図２は、センサ部３の外観を示す斜視図である。図３は、センサ部３の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）は被検出部材２の周方向から見た側面図、（ｂ）は被検出部材２の径方向から見た正面図である。

図１乃至３に示すように、センサ部３は、１つの磁気センサ４と、磁気センサ４を一括して被覆するように設けられたハウジング部５と、を有している。センサ部３は、ケーブル６の端部に設けられており、回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられている。回転検出装置１を車輪速の検出に用いる場合、固定部材は、例えば、自動車の車体に連結され外輪を支持するナックルである。

センサ部３は、被検出部材２と対向して配置されている。また、センサ部３は、ケーブル６の延出側と反対側の端部である先端部が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられている。より詳細には、センサ部３は、その先端部が、被検出部材２の軸方向端面と、被検出部材２の軸方向に対向するように設けられている。センサ部３からのケーブル６の延出方向は、被検出部材２の軸方向と平行な方向となる。

ケーブル６は、１対の電線６１を有している。各電線６１は、銅等の良導電性の素線を撚り合わせた撚線導体からなる中心導体６１ａと、中心導体６１ａの外周に被覆されており、架橋ポリエチレン等の絶縁性の樹脂からなる絶縁体６１ｂと、を有している。また、ケーブル６は、１対（２本）の電線６１を一括して覆うシース６２をさらに有している。

ケーブル６の端部においては、シース６２から１対の電線６１が露出され、さらに各電線６１の端部において、絶縁体６１ｂから中心導体６１ａが露出されている。絶縁体６１ｂから露出された中心導体６１ａの先端部は、対応する磁気センサ４の接続端子４１に、溶接により電気的に接続されている。

（磁気センサ４）
磁気センサ４は、被検出部材２からの磁界を検出する磁気検出素子（不図示）を含む板状の検出部４０と、検出部４０から延出された一対の接続端子４１と、を有している。

磁気検出素子は、検出部４０の板厚方向に対して垂直な方向、すなわち検出部４０の表面と平行な方向の磁界を検出するＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）から構成されている。本実施の形態では、磁気検出素子として、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子を用いた。なお、磁気検出素子としては、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive）素子やＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）素子を用いることもできる。

検出部４０は、磁気検出素子と、信号処理回路（不図示）と、磁気検出素子と信号処理回路とを一括して覆う覆い体としての樹脂モールド４０ａと、を有している。検出部４０は、平面視で略長方形（長方形の４つの角部のうち１つが面取りされた形状）の板状に形成されている。

一対の接続端子４１は、検出部４０の一方の長辺（面取りされた角部に接続されていない側の長辺）から当該長辺と垂直な方向に延出されており、両接続端子４１は互いに平行に形成されている。両接続端子４１は、屈曲部を有さず直線状に設けられている。両接続端子４１は帯状（細長い板状）に形成されており、その先端部（検出部４０と反対側の端部）には、対応する電線６１の中心導体６１ａが電気的に接続されている。

両接続端子４１の間には、ノイズを抑制するための容量素子が接続されており、容量素子及びその周囲の接続端子４１を覆うように、樹脂モールドにより形成された容量素子保護部４２が設けられている。以下、接続端子４１の延出方向を検出部４０における長さ方向と呼称し、長さ方向及び板厚方向と垂直な方向を検出部４０における幅方向と呼称する。また、検出部４０における接続端子４１の延出側と反対側の端部（面取りされた角部に接続されている長辺側の端部）を先端部と呼称する。

磁気センサ４は、検出部４０の先端部がセンサ部３の先端側へと臨むように設けられている。また、磁気センサ４の検出部４０は、幅方向に並ぶように配置された複数（２個乃至５個）の磁気検出素子をそれぞれ有している。図３では、磁気検出素子による磁界の検出位置を符号４０ｂで表している。

本実施の形態に係る回転検出装置１では、センサ部３は、磁気センサ４の検出部４０の先端部（センサ部３の先端部）が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられている。より詳細には、センサ部３は、被検出部材２の軸方向に対して検出部４０の長さ方向が一致するように（被検出部材２の軸方向端面に対して検出部４０の長さ方向が垂直となるように）設けられている。

このように構成することで、検出部４０の一方の面を被検出部材２の軸方向端面に対向させる従来技術と比較して、センサ部３と被検出部材２間の距離（エアギャップ）を同程度としつつも、被検出部材２から磁界の検出位置４０ｂを離間させることが可能になる。被検出部材２から磁界の検出位置４０ｂを離間させることにより、磁界の検出位置４０ｂにおける磁束密度の変化を比較的小さく抑えることが可能になる。その結果、感度の高いＧＭＲ素子等のＭＲ素子を磁気検出素子として用いた場合であっても、抵抗値変化の飽和による検出精度の低下を抑制することが可能になる。また、例えば、回転方向を検知可能に構成された磁気センサ４では、磁気検出素子の抵抗値変化が飽和した状態だと回転方向検知の有効化に時間がかかってしまう場合があるが、本実施の形態によれば、磁界の検出位置４０ｂにおける磁束密度の変化を比較的小さく抑えることができるため、回転方向検知の有効化を速やかに行うことが可能になる。

さらに、本実施の形態によれば、センサ部３と被検出部材２間の距離（エアギャップ）を従来と同程度に維持できるため、配置スペースが狭い場合にもセンサ部３を配置しやすい。さらに、本実施の形態では、接続端子４１に曲げ加工を行う必要がないため、製造が容易であり、曲げ加工による検出部４０の破損等のリスクを回避することが可能である。また、接続端子４１を曲げる必要がないため、センサ部３全体をより小型化できる。

ところで、検出部４０は、両検出位置４０ｂで磁束密度を検出した検出値の差分を演算し、演算した差分に応じた信号を接続端子４１を介して出力するように構成されている。そのため、例えば、被検出部材２の径方向と検出部４０の幅方向とが一致するように磁気センサ４を配置すると、両検出位置４０ｂの磁界の変化がほぼ同じとなり差分の出力がほぼゼロとなり、検出精度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、被検出部材２の径方向に対して検出部４０の板厚方向が一致するように、センサ部３を設けるようにした。これにより、両検出位置４０ｂで検出される磁界に位相差が生じ、差分の出力を大きくして検出精度を向上することが可能になる。

（ハウジング部５）
図５に示すように、ハウジング部５は、磁気センサ４を保持するホルダ５１と、ホルダ５１の周囲を覆う樹脂モールド部５２と、を有している。ホルダ５１は、樹脂モールド部５２をモールドする際に、磁気センサ４や、磁気センサ４とケーブル６との接続部分を保護するための部材であり、予め射出成型等により形成される。２つの磁気センサ４とケーブル６とをホルダ５１にセットした状態で樹脂をモールドして樹脂モールド部５２を形成することで、ハウジング部５が形成される。

本実施の形態では、検出部４０の先端部と対向する部分のハウジング部５が、ホルダ５１のみで構成されている。つまり、本実施の形態では、検出部４０の先端部と対向する部分のハウジング部５は、樹脂モールド部５２により覆われておらず、被検出部材２に対向する部分においてホルダ５１が露出して直接対向している。これにより、センサ部３の先端部でのハウジング部５を１つの部材（ホルダ５１）の厚みのみで構成でき、センサ部３の先端部のハウジング部５を非常に薄くできる。その結果、被検出部材２から磁界の検出位置４０ｂが離れすぎることによる検出精度の低下を抑制できる。

図２に示すように、樹脂モールド部５２は、磁気センサ４、ケーブル６の端部、及びホルダ５１を一括して覆う本体部５２０と、センサ部３を固定部材に固定するためのフランジ部５２１と、を一体に形成してなる。フランジ部５２１には、センサ部３を固定部材に固定するボルト（不図示）を通すためのボルト穴５２２が形成されており、ボルト穴５２２には、当該ボルト穴５２２の内周面に沿うように、ボルト固定の際にフランジ部５２１の変形を抑制するための金属からなるカラー５２３が設けられている。

（変形例）
上記実施の形態では、被検出部材２の軸方向端面に対して検出部４０が垂直となるように磁気センサ４を配置したが、検出部４０が被検出部材２の軸方向端面に対して厳密に垂直である必要はなく、多少の傾きは許容される。

具体的には、図６に示すように、被検出部材２の軸方向に対する検出部４０の長さ方向の傾きθは、３０度以下であるとよい。傾きθが３０度より大きくなると、センサ部３の大型化をまねくおそれがあるためである。

また、上記実施の形態では、センサ部３におけるケーブル６の延出方向と、検出部４０の長さ方向とが一致している場合を説明したが、ケーブル６の延出方向と、検出部４０の長さ方向とは一致していなくてもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、ハウジング部５内でケーブル６を曲げてもよいし、図７（ｂ）に示すように、ハウジング部５内で接続端子４１を曲げてもよい。図７（ａ），（ｂ）では、ケーブル６や接続端子４１を９０度曲げているが、曲げ角度は適宜変更可能である。

これにより、ケーブル６の延出方向に対するセンサ部３の先端の角度（検出部４０の先端が臨む方向）を適宜変更可能となり、センサ部３を搭載する固定部材の形状に応じて柔軟にセンサ部３の形状を調整可能になる。ただし、製造の容易さや小型化の観点からは、センサ部３におけるケーブル６の延出方向と、検出部４０の長さ方向とが一致していることがより好ましいといえる。

さらに、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、冗長化のためにセンサ部３に２つの磁気センサ４を備えるようにしてもよい。センサ部３の小型化のため、２つの磁気センサ４は、検出部４０同士が板厚方向に並ぶように整列して配置されることが望ましい。この場合、２つの磁気センサ４は、被検出部材２の径方向に並んで配置されることになる（図８（ｂ）参照）。

２つの磁気センサ４を備える場合、センサ部３は、両磁気センサ４の検出部４０の先端部（センサ部３の先端部）が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられる。これにより、２つの磁気センサ４の検出部４０と被検出部材２との距離（磁界の検出位置４０ｂと被検出部材２との距離）を略同じとすることができ、かつ、両検出部４０を近接して配置することが可能となる。ＩＳＯ２６２６２にて規定される機能安全を考慮すると、両磁気センサ４の出力をなるべく同等（均質）とすること、すなわち２つの磁気センサ４の出力の均質化が望まれるが、両磁気センサ４の検出部４０の先端部を被検出部材２の軸方向端面に臨むようにセンサ部３を配置することで、２つの磁気センサ４の出力を同程度とし均質化を図ることが可能になる。

図９は、図８（ｂ）のＡ−Ａ線断面における磁束密度の分布の一例を表している。図９に示すように、この例では、被検出部材２の径方向断面において、被検出部材２の径方向中央位置で最も磁束密度が大きくなり、径方向中央位置から離れるほど磁束密度が低下していくように磁束密度の分布が対称となっている。よって、この場合、被検出部材２の径方向中央位置に対して対称となる位置に両磁気センサ４の検出位置４０ｂがくるように、センサ部３の位置調整を行うことで、両磁気センサ４でほぼ同等の出力が得られるようになり、非常に高いレベルで均質化を図ることが可能になる。なお、図９の磁束密度の分布は一例であり、例えば、被検出部材２の径方向中央位置からずれた位置で磁束密度が最大になる場合には、当該磁束密度が最大になる位置に対して対称となる位置に両磁気センサ４の検出位置４０ｂがくるように、センサ部３の位置調整を行うとよい。

なお、２つの磁気センサ４を用いる場合、２つの磁気センサ４の表裏は一致させることが望ましい。例えば、２つの磁気センサ４の表裏を反転させた場合、２つの磁気センサ４で検出する回転方向が逆方向となり、後段の演算装置でそれを考慮した演算を行う必要が生じるために、汎用性が低下してしまうためである。２つの磁気センサ４の表裏を一致させることで、２つの磁気センサ４で検出する回転方向を同じ方向に揃えることができ、汎用性を高めることができる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る回転検出装置１では、磁気検出素子は、検出部４０の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出するＭＲ素子から構成されており、センサ部３は、磁気センサ４の検出部４０の先端部が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられている。

これにより、センサ部３と被検出部材２間の距離を従来と同程度としつつも、被検出部材２から磁界の検出位置４０ｂを離間させ、磁界の検出位置４０ｂにおける磁束密度の変化を比較的小さく抑えることが可能になる。その結果、感度の高いＭＲ素子を磁気検出素子として用い、また配置スペースが狭くセンサ部３と被検出部材２とを近接して配置する必要がある場合であっても、抵抗値変化の飽和による検出精度の低下を抑制することが可能となる。さらに、接続端子４１に曲げ加工を行う必要がないため、製造を容易とし、曲げ加工による検出部４０の破損等のリスクを回避できると共に、接続端子４１の曲げによるセンサ部３の大型化を抑制して、小型なセンサ部３を有する回転検出装置１を実現できる。

また、本実施の形態によれば、従来のセンサ部において、ホール素子を用いた磁気センサをＭＲ素子を用いた磁気センサ４に単純に入れ替えるだけでセンサ部３を実現可能であり、汎用性が非常に高い。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］回転部材に取り付けられており、前記回転部材の回転軸を中心とした周方向に沿って複数の磁極が設けられている被検出部材（２）と、前記回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられており、前記被検出部材と対向して配置されているセンサ部（３）と、を備え、前記センサ部（３）は、前記被検出部材（２）からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部（４０）と、前記検出部（４０）から延出された接続端子（４１）と、を有する磁気センサ（４）と、前記磁気センサ（４）を被覆するように設けられたハウジング部（５）と、を有し、前記磁気検出素子は、前記検出部（４０）の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出する磁気抵抗効果素子からなり、前記センサ部（３）は、前記磁気センサ（４）の前記検出部（４０）における前記接続端子（４１）の延出側と反対側の端部である先端部が、前記被検出部材（２）の軸方向端面に臨むように設けられている、回転検出装置（１）。

［２］前記接続端子（４１）は、屈曲部を有さず直線状に設けられている、［１］に記載の回転検出装置（１）。

［３］前記検出部（４０）は、前記接続端子（４１）の延出方向である長さ方向及び板厚方向に垂直な幅方向に並ぶように配置された複数の前記磁気検出素子を有し、前記センサ部（３）は、前記被検出部材（２）の径方向に対して前記検出部（４０）の板厚方向が一致するように設けられている、［１］または［２］に記載の回転検出装置（１）。

［４］前記ハウジング部（５）は、前記磁気センサ（４）を保持するホルダ（５１）と、前記ホルダ（５１）の周囲を覆う樹脂モールド部（５２）と、を有し、前記検出部（４０）の先端部と対向する部分の前記ハウジング部（５）が、前記ホルダ（５１）のみで構成されている、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の回転検出装置（１）。

［５］前記センサ部（３）は、前記磁気センサ（４）を２つ有しており、２つの前記磁気センサ（４）は、前記検出部（４０）が前記検出部（４０）の板厚方向に並ぶように配置されている、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の回転検出装置（１）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１…回転検出装置
２…被検出部材
３…センサ部
４…磁気センサ
４０…検出部
４０ａ…樹脂モールド
４０ｂ…磁界の検出位置
４１…接続端子
４２…容量素子保護部
５…ハウジング部
５１…ホルダ
５２…樹脂モールド部
６…ケーブル

Claims (5)

1. 回転部材に取り付けられており、前記回転部材の回転軸を中心とした周方向に沿って複数の磁極が設けられている被検出部材と、
   前記回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられており、前記被検出部材と対向して配置されているセンサ部と、を備え、
   前記センサ部は、
   前記被検出部材からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部と、前記検出部から延出された接続端子と、を有する磁気センサと、
   前記磁気センサを被覆するように設けられたハウジング部と、を有し、
   前記磁気検出素子は、前記検出部の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出する磁気抵抗効果素子からなり、
   前記センサ部は、前記磁気センサの前記検出部における前記接続端子の延出側と反対側の端部である先端部が、前記被検出部材の軸方向端面に臨むように設けられている、
   回転検出装置。
2. 前記接続端子は、屈曲部を有さず直線状に設けられている、
   請求項１に記載の回転検出装置。
3. 前記検出部は、前記接続端子の延出方向である長さ方向及び板厚方向に垂直な幅方向に並ぶように配置された複数の前記磁気検出素子を有し、
   前記センサ部は、前記被検出部材の径方向に対して前記検出部の板厚方向が一致するように設けられている、
   請求項１または２に記載の回転検出装置。
4. 前記ハウジング部は、前記磁気センサを保持するホルダと、前記ホルダの周囲を覆う樹脂モールド部と、を有し、
   前記検出部の先端部と対向する部分の前記ハウジング部が、前記ホルダのみで構成されている、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転検出装置。
5. 前記センサ部は、前記磁気センサを２つ有しており、
   ２つの前記磁気センサは、前記検出部が前記検出部の板厚方向に並ぶように配置されている、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の回転検出装置。

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