JP2021135080A - 磁場検出装置および磁場検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ、センサ機能の二重化の有効性を高める。【解決手段】第一センサ３２１は、基板３１に搭載されており、磁石２から発生した磁場を検出する第一検出面３２１ａを有する。第二センサ３３１は、基板３１に搭載されており、磁場を検出する第二検出面３３１ａを有する。第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａは、基板３１の主面と交差する方向に配列されている。【選択図】図２

Description

本発明は、磁場検出装置および磁場検出システムに関連する。

特許文献１には、ステアリングシャフトの回転角を検出する装置が開示されている。ステアリングシャフトに結合されたエンコーダプレートの回転量が、センサにより光学的に検出される。センサは、いわゆるシステムの二重化あるいは冗長化のために、同じ構成を有するものが二つ設けられている。一方のセンサが故障しても、他方のセンサにより検出機能を維持できる。

特開２０００−８８６０９号公報

本発明の目的は、装置の大型化を抑制しつつ、センサ機能の二重化の有効性を高めることである。

上記の目的を達成するための一態様は、磁場検出装置であって、
基板と、
前記基板に搭載されており、磁場発生源から発生した磁場を検出する第一検出面を有する第一センサと、
前記基板に搭載されており、前記磁場を検出する第二検出面を有する第二センサと、
を備えており、
前記第一検出面と前記第二検出面は、前記基板の主面と交差する方向に配列されている。

上記の目的を達成するための一態様は、磁場検出システムであって、
変位可能な磁場発生源と、
基板と、
前記基板に搭載されており、前記磁場発生源から発生した磁場を検出する第一検出面を有する第一センサと、
前記基板に搭載されており、前記磁場を検出する第二検出面を有する第二センサと、
を備えており、
前記第一検出面と前記第二検出面は、前記基板の主面と交差する方向に配列されている。

上記の各態様の構成によれば、センサ機能の二重化を実現するための第一センサと第二センサが基板の主面と交差する方向に配列されている。これにより、二つのセンサが基板の主面に沿って並ぶように実装されることによって二重化を実現する構成と比較すると、基板の主面の法線方向から見たセンサの実装面積を小さくできる。また、基板の主面の法線方向から見たとき、二つのセンサによる磁場の検出位置を近づけることが容易になる。すなわち、一方のセンサが故障した場合に動作する他方のセンサによる磁場の検出条件を、当該一方のセンサによる磁場の検出条件に近づけることが容易になる。結果として、磁場検出装置の大型化を抑制しつつ、センサ機能の二重化の有効性を高めることができる。

第一実施形態に係る磁場検出システムの構成を模式的に例示している。 上記の磁場検出システムの一部の構成を模式的に例示している。 第二実施形態に係る磁場検出システムの一部の構成を模式的に例示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。以下の説明に用いられる各図面においては、各要素を認識可能な大きさとするために縮尺が適宜変更されている。以降の説明における「左右方向」、「前後方向」および「上下方向」という表現は、例示された構成の理解を促すために便宜上用いられるものであり、当該構成の実使用時における方向や姿勢を限定する意図はない。

図１は、第一実施形態に係る磁場検出システム１の構成を模式的に例示している。図２は、磁場検出システム１を図１における矢印ＩＩの方向から見た構成を模式的に例示している。磁場検出システム１は、例えば車両のパワーステアリング装置におけるステアリングシャフト１００に装着されて、ステアリングシャフト１００の回転角を検出する。

磁場検出システム１は、磁石２を備えている。磁石２は、例えば、ステアリングシャフト１００に結合されている。磁石２は、ステアリングシャフト１００の回転に応じて回転軸Ａを中心として回転する。磁石２は、例えば、環形状を有しており、環形状の周方向についてＮ極とＳ極が交互に着磁されている。磁石２は、磁場発生源の一例である。磁石２は、磁化により強磁性やフェリ磁性を示す磁性体であれば、適宜の部材で置き換えられうる。

磁場検出システム１は、磁場検出装置３を備えている。磁場検出装置３は、不図示の支持部材により磁場検出システム１内の適宜の位置に、ステアリングシャフト１００の回転に対して回転不能に固定されている。磁場検出装置３は、磁石２から発生する磁場を検出し、検出された磁場に応じた検出信号を出力するように構成されている。

ステアリングシャフト１００に操舵力が入力されてステアリングシャフト１００が回転すると、磁石２がステアリングシャフト１００と共に回転する。すなわち、ステアリングシャフト１００の回転に伴って、磁石２と磁場検出装置３の相対位置がステアリングシャフト１００の周方向に変化する。ステアリングシャフト１００の回転に応じて変化する磁石２から発生する磁場を検出することにより、ステアリングシャフト１００の回転角を検出することができる。

図２に例示されるように、磁場検出装置３は、基板３１と、第一センサユニット３２と、第二センサユニット３３とを備えている。基板３１は、いわゆるプリント配線基板である。

第一センサユニット３２は、基板３１の第一主面３１ａに搭載されている。第一主面３１ａは、主面の一例である。第一センサユニット３２は、第一センサ３２１と、第一端子３２２と、第一パッケージ３２３を有している。第一センサ３２１と第一端子３２２の一部は、第一パッケージ３２３内に配置されている。第一センサ３２１は、第一端子３２２を介して基板３１の配線と電気的に接続される。第一センサ３２１は、磁石２から発生する磁場を検出する第一検出面３２１ａを有している。第一センサ３２１は、第一検出面３２１ａにおいて検出された磁場に応じた検出信号を出力する。

第二センサユニット３３は、基板３１の第二主面３１ｂに搭載されている。第二主面３１ｂは、主面の一例である。第二センサユニット３３は、第二センサ３３１と、第二端子３３２と、第二パッケージ３３３を有している。第二センサ３３１と第二端子３３２の一部は、第二パッケージ３３３内に配置されている。第二センサ３３１は、第二端子３３２を介して基板３１の配線と電気的に接続される。第二センサ３３１は、磁石２から発生する磁場を検出する第二検出面３３１ａを有している。第二センサ３３１は、第二検出面３３１ａにおいて検出された磁場に応じた検出信号を出力する。

第一センサ３２１と第二センサ３３１は、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁気検出素子を含んでいる。第一センサ３２１と第二センサ３３１は、例えば、同じ仕様のセンサであり、磁場の変化に応じた検出信号の出力の変化が同じになるように構成される。

第一センサ３２１と第二センサ３３１は、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａが上下方向に配列されるように、基板３１に搭載されている。上下方向は、基板３１の主面と交差する方向の一例である。

第一センサ３２１と第二センサ３３１から出力された検出信号は、基板３１上に形成された配線を介してＥＣＵなどの制御装置に送られ、信号処理に供される。例えば、第一センサ３２１と第二センサ３３１の検出信号の差が閾値を上回る場合、第一センサ３２１と第二センサ３３１のいずれか一方が故障していると判断される。そして、第一センサ３２１と第二センサ３３１の他方から出力された検出信号に基づいて、ステアリングシャフト１００の回転角を検出する。すなわち、磁場検出システム１において、センサ機能の二重化を実現できる。

上記のような構成によれば、センサ機能の二重化を実現するための第一センサ３２１と第二センサ３３１が、基板３１の第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂと交差する方向に配列されている。したがって、二つのセンサが基板の主面に沿って並ぶように実装されることによって二重化を実現する構成と比較すると、基板３１の第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂの法線方向から見たセンサの実装面積を小さくできる。また、基板３１の第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂの法線方向から見たとき、第一センサ３２１と第二センサ３３１による磁場の検出位置を近づけることが容易になる。すなわち、第一センサ３２１と第二センサ３３１の一方が故障した場合に動作する第一センサ３２１と第二センサ３３１の他方による磁場の検出条件を、当該第一センサ３２１と第二センサ３３１の一方による磁場の検出条件に近づけることが容易になる。結果として、磁場検出装置３の大型化を抑制しつつ、センサ機能の二重化の有効性を高めることができる。

本実施形態においては、基板３１の第一主面３１ａと第二主面３１ｂは、前後方向および左右方向に延びている。また、第一検出面３２１ａは上方向を向くように配置されており、第二検出面３３１ａは下方向を向くように配置されている。すなわち、第一主面３１ａと第二主面３１ｂは互いに平行に延びており、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａは第一主面３１ａおよび第二主面３１ｂと交差する方向に沿って逆方向を向いている。

「Ｘ方向に沿う」とは、Ｘ方向だけでなく、Ｘ方向から（±）４５度未満の範囲に位置する方向に沿う場合も含まれる。例えば、「主面と交差する方向に沿う」とは、主面と交差する方向だけでなく、主面と交差する方向から（±）４５度未満の範囲に位置する方向に沿う場合も含まれる。

例えば、第一センサユニット３２と第二センサユニット３３として同じ仕様の二つのセンサユニットを用いる場合は、第二センサユニット３３の姿勢を第一センサユニット３２の姿勢に対して上下方向を反転させた状態で基板３１に搭載する。これにより、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａを基板３１の第一主面３１ａおよび第二主面３１ｂと交差する方向に沿って逆方向を向くように配置させることができる。したがって、第一センサユニット３２と第二センサユニット３３を基板３１へ容易に搭載することができる。

なお、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａは、基板３１の第一主面３１ａおよび第二主面３１ｂと交差する方向に沿って逆方向を向くように配置されているので、第一センサ３２１と第二センサ３３１により逆向きの磁場が検出される。したがって、ＥＣＵなどの制御装置では、第一センサ３２１と第二センサ３３１により出力された検出信号の一方に対して検出方向を考慮した処理が適宜行われる。

本実施形態においては、第一センサ３２１は第一パッケージ３２３内に配置されており、第二センサ３３１は、第一パッケージ３２３とは異なる第二パッケージ３３３内に配置されている。これにより、第一センサユニット３２と第二センサユニット３３の一方が基板３１から脱落した場合、又は第一センサユニット３２と第二センサユニット３３の一方の第一パッケージ３２３または第二パッケージ３３３が損傷した場合でも、第一センサユニット３２と第二センサユニット３３の他方により磁場を検出することができる。

次に、図３を参照して、第二実施形態に係る磁場検出システム１０について説明する。なお、第一実施形態に係る磁場検出システム１の構成要素と実質的に同一の構成要素については同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。

磁場検出システム１０は、磁場検出装置３０を備えている。磁場検出装置３０は、基板３０１と、第一センサユニット３２と、第二センサユニット３３とを備えている。基板３０１は、いわゆるプリント配線基板である。

第一センサユニット３２は、基板３０１の第一主面３０１ａに搭載されている。第二センサユニット３３は、基板３０１の第二主面３０１ｂに搭載されている。基板３０１の第一主面３０１ａと第二主面３０１ｂは、前後方向および左右方向に延びている。また、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａは、上方向を向くように配置されている。すなわち、第一主面３０１ａと第二主面３０１ｂは互いに平行に延びており、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａは第一主面３０１ａおよび第二主面３０１ｂと交差する方向に沿って同じ方向を向いている。

上記のような構成によれば、基板３０１の第一主面３０１ａおよび第二主面３０１ｂと交差する方向に沿う第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａの距離を短くすることができる。これにより、第一センサ３２１と第二センサ３３１による磁場の検出条件を近づけることができる。また、第一センサ３２１と第二センサ３３１により同じ向きに磁場が検出されるので、出力される検出信号に対する検出方向を考慮した処理を不要にできる。

本実施形態においては、基板３０１は、基板３０１を上下方向に貫通する貫通孔３０１Ａを有している。第二センサユニット３３は、貫通孔３０１Ａ内に配置されている。貫通孔３０１Ａと第二センサユニット３３の隙間は樹脂等により埋められうる。このような構成によれば、基板３０１の第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂと交差する方向に沿う第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａの距離をさらに短くすることができる。これにより、第一センサ３２１と第二センサ３３１による磁場の検出条件をさらに近づけることができる。

なお、基板３０１の貫通孔３０１Ａ内には、第二センサユニット３３が配置されている。しかしながら、第二センサユニット３３に加えてあるいは代えて、第一センサユニット３２が貫通孔３０１Ａ内に配置されうる。

このような構成によっても、基板３０１の第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂと交差する方向に沿う第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａの距離を短くすることができる。また、第一センサユニット３２と第二センサユニット３３を貫通孔３０１Ａ内に配置する場合は、基板３０１の第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂと交差する方向において磁場検出装置３の大型化を抑制することができる。

貫通孔３０１Ａの代わりに、基板３０１は、基板３１を第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂと交差する方向に凹んでおり、第一センサユニット３２と第二センサユニット３３の少なくとも一方が配置される凹部を有しうる。

このような構成によっても、基板３０１の第一主面３１ａまたは第二主面３１ｂと交差する方向に沿う第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａの距離を短くすることができる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

上記の各実施形態においては、第一センサ３２１の第一検出面３２１ａと第二センサ３３１の第二検出面３３１ａは、磁石２の回転軸Ａに沿って配列されている。すなわち、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａは、磁石２の回転軸Ａ方向から見て略同一の位置になるように配置されている。このような構成を有する磁場検出システム１は、ステアリングシャフト１００などの回転部材の回転角を検出する上で有利である。

しかしながら、磁場検出システム１は、基板３１の主面または基板３０１の主面と交差する方向に変位する変位部材の変位量を検出する構成としてもよい。この場合、磁石２は、変位部材に結合されて基板３１の主面または基板３０１の主面と交差する方向に変位可能とされ、当該方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に着磁されうる。

上記の各実施形態においては、第一センサ３２１は第一パッケージ３２３内に配置されており、第二センサ３３１は、第一パッケージ３２３とは異なる第二パッケージ３３３内に配置されている。しかしながら、第一センサ３２１および第二センサ３３１は、共通のパッケージに格納された単一のセンサユニットとして提供されてもよい。

第二実施形態においては、基板３０１に形成された貫通孔３０１Ａ内において、第二センサユニット３３は、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａが第一主面３１ａおよび第二主面３１ｂと交差する向きに沿って同じ方向を向くように配置されている。しかしながら、基板３０１に形成された貫通孔３０１Ａにおいて、第二センサユニット３３は、第一検出面３２１ａと第二検出面３３１ａが第一主面３１ａおよび第二主面３１ｂと交差する向きに沿って逆方向を向くように配置されうる。すなわち、第一実施形態において、基板３１は、第一センサユニット３２と第二センサユニット３３の少なくとも一方を配置可能な貫通孔を有しうる。

上記の各実施形態においては、磁場検出システム１は、磁石２により発生する磁場を検出している。しかしながら、磁場検出システム１は、電磁石により発生する電磁場を検出するように構成されうる。

１，１０：磁場検出システム、２：磁石、３，３０：磁場検出装置、３１，３０１：基板、３１ａ，３０１ａ：第一主面、３１ｂ，３０１ｂ：第二主面、３２：第一センサユニット、３３：第二センサユニット、１００：ステアリングシャフト、３０１Ａ：貫通孔、３２１：第一センサ、３２１ａ：第一検出面、３２２：第一端子、３２３：第一パッケージ、３３１：第二センサ、３３１ａ：第二検出面、３３２：第二端子、３３３：第二パッケージ、Ａ：回転軸

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板に搭載されており、磁場発生源から発生した磁場を検出する第一検出面を有する第一センサと、
   前記基板に搭載されており、前記磁場を検出する第二検出面を有する第二センサと、
   を備えており、
   前記第一検出面と前記第二検出面は、前記基板の主面と交差する方向に配列されている、
   磁場検出装置。
2. 前記基板の主面は、第一主面と該第一主面に平行に延びる第二主面を含んでおり、
   前記第一センサは、前記基板の第一主面に搭載されており、
   前記第二センサは、前記基板の第二主面に搭載されており、
   前記第一検出面と前記第二検出面は、前記基板の主面と交差する方向に沿って逆方向を向いている、
   請求項１に記載の磁場検出装置。
3. 前記基板の主面は、第一主面と該第一主面に平行に延びる第二主面を含んでおり、
   前記第一センサは、前記基板の第一主面に搭載されており、
   前記第二センサは、前記基板の第二主面に搭載されており、
   前記第一検出面と前記第二検出面は、前記基板の主面と交差する方向に沿って同じ方向を向いている、
   請求項１に記載の磁場検出装置。
4. 前記基板は、前記主面と交差する方向に延びる貫通孔が形成されており、
   前記第一センサと前記第二センサの少なくとも一方は、前記貫通孔内に配置されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の磁場検出装置。
5. 変位可能な磁場発生源と、
   基板と、
   前記基板に搭載されており、前記磁場発生源から発生した磁場を検出する第一検出面を有する第一センサと、
   前記基板に搭載されており、前記磁場を検出する第二検出面を有する第二センサと、
   を備えており、
   前記第一検出面と前記第二検出面は、前記基板の主面と交差する方向に配列されている、
   磁場検出システム。
6. 前記磁場発生源は、回転軸を中心として回転可能であり、
   前記基板の主面と交差する方向は、前記回転軸に沿っている、
   請求項５に記載の磁場検出システム。
7. 前記基板の主面と交差する方向は、前記磁場発生源の変位方向に沿っている、
   請求項５に記載の磁場検出システム。
   
   

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