JP3161962B2 - 回動角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば回動軸の回
動角等を検出するのに好適に用いられる回動角検出装置
に関し、特に自動車用エンジンのスロットルバルブ開度
を検出するようにした回動角検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子制御式燃料噴射装置を備え
た自動車用エンジン等では、エンジンの吸気通路の途中
に設けられたスロットルバルブの開度を検出し、これを
コントロールユニットに入力することにより、燃料噴射
量制御等の高精度化を図っている。

【０００３】そして、この種の従来技術では、スロット
ルバルブの開度を検出するのに、抵抗体とブラシとから
なるポテンションメータを用い、このブラシ側を前記ス
ロットルバルブの回動軸（弁軸）に連結し、スロットル
バルブの回動に応じてブラシが抵抗体上を摺動変位する
ことにより、この抵抗体の抵抗値変化をスロットルバル
ブの開度として検出する構成としている。

【０００４】また、他の従来技術として、例えば特開平
２−２９８８１４号公報等には、磁気抵抗素子を用いる
非接触型の回動角検出装置が開示されている。そして、
この種の回動角検出装置の場合には、固定された磁気抵
抗素子の周囲にマグネットにより磁界を発生させ、この
マグネットをシャフトと連動して回動させることにより
磁気抵抗素子を中心に磁界を変化させ、このときの回動
角の変化を磁気抵抗素子の抵抗値変化として検出し、ス
ロットルバルブの開度等を検出できるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による回動角検出装置では、ポテンションメータ
を用いた場合、抵抗体上をブラシが摺動するからブラシ
の浮き等により瞬間的に出力信号が遮断される。また、
長期に亘る使用においてはブラシ等の摩耗により耐久性
や信頼性が低下するという問題もあり、近年における自
動車の耐用年数の増加およびスロットルバルブ制御の電
子化に伴うフィードバック制御の増加に十分には対応で
きないという問題がある。

【０００６】一方、磁気抵抗素子を用いた場合には、マ
グネット側に設けた磁性体腕部と磁気抵抗素子との離間
寸法が、シャフト（マグネット）の回動によって大きく
変化し、磁気抵抗素子からの出力信号がシャフトの回動
角に対して三角関数の特性となるために、スロットルバ
ルブの開度（回動角）等を検出する場合に、リニアな特
性を得るのが難しいという問題がある。

【０００７】さらに、磁気抵抗素子を用いた場合にはマ
グネットの起磁力の温度変化、経時変化および磁気検出
素子の温度特性等により出力信号の変化が大きく、これ
を補正することが難しいという問題がある。

【０００８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は回動軸等の回動角に対してリニ
アな特性の信号を出力でき、検出特性を安定させること
ができると共に、耐久性や信頼性を大幅に向上できるよ
うにした回動角検出装置を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載の発明が採用する回動角検出装
置の構成は、マグネットと、該マグネットと対向するよ
うに該マグネットの周囲に互いに離間して配設され、周
方向に一定の角度をもって延びる一対の第１の磁極片部
と、該第１の各磁極片部から離間して設けられ、該第１
の各磁極片部間を周方向に一定の角度をもって延びる一
対の第２の磁極片部と、該第１，第２の各磁極片部と前
記マグネットのいずれか一方を回動し、該第１，第２の
各磁極片部と前記マグネットとを相対回転させる回動手
段と、前記第１，第２の各磁極片部と前記マグネットと
の対向面積に対応した第１，第２の信号をそれぞれ出力
する第１，第２の信号出力手段とからなる。

【００１０】このように構成することにより、相対回転
する第１，第２の各磁極片部とマグネットとの間を非接
触状態に保持できると共に、第１，第２の各磁極片部と
マグネットとの間隔を一定に保つことができ、第１，第
２の各磁極片部と前記マグネットとの対向面積を回動角
に対応して変化させることができる。

【００１１】また、前記第１の信号出力手段は、前記第
１の各磁極片部間で前記マグネットとの対向面積（磁
界）に対応した第１の信号を出力でき、前記第２の信号
出力手段は、前記第２の各磁極片部間で前記マグネット
との対向面積（磁界）に対応した第２の信号を出力でき
るから、前記第１，第２の信号出力手段から出力される
それぞれの信号レベルをマグネット等の相対回転に応じ
て大きく変化させることができる。

【００１２】さらに、請求項２に記載の発明では、前記
回動手段は前記マグネットを回動させる回動軸であり、
前記第１，第２の各磁極片部は、該回動軸を中心とする
同心円上に位置し、前記マグネットに対し一定のギャッ
プを介して対向するように配設する構成としている。

【００１３】この結果、回動軸と共にマグネットを回動
させることにより、該マグネットと第１，第２の各磁極
片部との対向面積を変化させることができ、このときの
対向面積に対応した第１，第２の信号をそれぞれ取り出
すことができる。また、回動軸と共に回動するマグネッ
トと第１，第２の各磁極片部とを同心円上にコンパクト
に配設することができる。

【００１４】さらにまた、請求項３に記載の発明では、
前記第１，第２の信号出力手段から出力される第１，第
２の信号に基づき前記回動手段の回動角に対応した検出
信号を演算出力する演算手段を備える構成としている。

【００１５】このように構成することにより、第１の信
号と第２の信号とにそれぞれ含まれる各信号成分のう
ち、マグネットの起磁力や温度特性等に大きく影響され
る成分を第１，第２の信号から相殺でき、検出信号が周
囲温度等に応じて変化するのを防止できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳細に説明する。

【００１７】ここで、図１ないし図８は本発明の第１の
実施例による回動角検出装置をスロットルバルブの開度
検出に適用した場合を例に挙げて示している。

【００１８】図１において、１は樹脂材料からなるケー
シングを示し、該ケーシング１は下側に開口する筒部１
Ａと、該筒部１Ａの上側を施蓋する厚肉平板状の隔壁部
１Ｂと、該隔壁部１Ｂの上側部位に凹設された凹部１Ｃ
とから構成されている。そして、ケーシング１の筒部１
Ａはスロットルボディ２の凹部２Ａ内に挿着され、スロ
ットルボディ２にはスロットルバルブ（図示せず）に連
動して回動する回動手段（回動軸）としてのシャフト３
が回転可能に設けられている。

【００１９】４はケーシング１の筒部１Ａ内に配設され
たマグネットを示し、該マグネット４はシャフト３の先
端側にカシメ等により取付けられ、シャフト３から径方
向に突出している。ここで、マグネット４は図２に示す
ように、長手方向両端側が円弧面部４Ａ，４Ｂとなり、
幅方向両端面側が平行面部４Ｃ，４Ｄとなっている。

【００２０】そして、マグネット４の円弧面部４Ａ，４
Ｂはシャフト３を中心にして９０°の角度範囲に亘り一
定の曲率をもって周方向に延び、その端面側には磁極
（Ｎ極、Ｓ極）が形成されている。また、マグネット４
の中心部にはシャフト３の軸方向に延びる貫通穴４Ｅが
設けられ、該貫通穴４Ｅはマグネット４と略相似形状を
なし、シャフト３に対してマグネット４を廻止め状態で
固定させるようになっている。

【００２１】５，５はケーシング１の筒部１Ａに埋設さ
れた第１の磁極片部を示し、該第１の磁極片部５，５は
図２に示すように、後述する第２の磁極片部６，６と共
にマグネット４を円環状に取囲む分割円筒形状をなして
いる。そして、磁極片部５，５はシャフト３を中心にし
て径方向で対称位置に配設され、各磁極片部５はマグネ
ット４の円弧面部４Ａ，４Ｂと一定の間隔を保って対向
するようにシャフト３を中心にして９０°の角度範囲に
亘り周方向に延びている。そして、各磁極片部５はマグ
ネット４が発生する磁束を、後述する第１の磁路形成部
７，８を介して第１のホール素子１１へと導くものであ
る。

【００２２】６，６は各磁極片部５から僅かに離間して
磁極片部５，５間に位置しケーシング１の筒部１Ａ内に
埋設された第２の磁極片部を示し、該第２の磁極片部
６，６は前記第１の磁極片部５，５と同様にマグネット
４の円弧面部４Ａ，４Ｂと一定の間隔を保って対向する
ようにシャフト３を中心にして９０°の角度範囲に亘り
周方向に延びている。そして、各磁極片部６はマグネッ
ト４が発生する磁束を、後述する第２の磁路形成部９，
１０を介して第２のホール素子１２へと導くものであ
る。

【００２３】ここで、マグネット４（シャフト３）の回
動角θは図２に示すように、円弧面部４Ａの中央部位が
一側の磁極片部６の中間部位６Ａに対向した状態を零
（θ＝０°）位置とし、磁極片部６の中間部位６Ａから
右側にマグネット４の円弧面部４Ａが回動したときを正
方向、磁極片部６の中間部位６Ａから左側にマグネット
４の円弧面部４Ａが回動したときを負方向とする。ま
た、シャフト３が回動する範囲は±９０°の間であり、
回動角θが−９０°のときはスロットルバルブの閉弁時
に対応し、回動角θが９０°のときはスロットルバルブ
の最大開弁時（フルスロットル時）に対応している。

【００２４】７，８は基端側が第１の磁極片部５，５に
接続され、先端側がケーシング１の凹部１Ｃ内に突出し
た磁路形成部を示し、該磁路形成部７の先端側は第１の
ホール素子１１の上側を隙間を介して覆い、磁路形成部
８の先端側はケーシング１の隔壁部１Ｂ上を後述する回
路基板１３の裏面に沿って延びるように配設されてい
る。そして、磁路形成部７の先端部７Ａは図４に示す如
く、後述のホール素子１１の下側に位置する磁路形成部
８の先端部８Ａと対向配設され、両者の間には後述のホ
ール素子１１等が介挿されている。

【００２５】９，１０は基端側が第２の磁極片部６，６
に接続され、先端側がケーシング１の凹部１Ｃ内に突出
した磁路形成部を示し、該磁路形成部９の先端側は第１
のホール素子１１の上側を隙間を介して覆い、磁路形成
部１０の先端側はケーシング１の隔壁部１Ｂ上を後述す
る回路基板１３の裏面に沿って延びるように配設されて
いる。そして、磁路形成部９の先端部９Ａは図４に示す
如く、後述のホール素子１２の下側に位置する磁路形成
部１０の先端部１０Ａと対向配設され、両者の間には後
述のホール素子１２等が介挿されている。

【００２６】ここで、磁路形成部７，８の先端部７Ａ，
８Ａが対向する面積は図４に示す如く、磁路形成部９，
１０の先端部９Ａ，１０Ａが対向する面積と等しい面積
であり、これらの隙間寸法ａは一定の寸法となるように
構成されている。

【００２７】１１，１２は回路基板１３上に設けられた
第１，第２の信号出力手段としてのホール素子を示し、
該第１，第２のホール素子１１，１２は回路基板１３上
で互いに並列関係をなすように１チップ（ワンチップ）
化されて配設されている。そして、第１のホール素子１
１は図４に示す如く、磁路形成部７の先端部７Ａと磁路
形成部８の先端部８Ａとの間に位置し、両者の間の磁束
密度に比例した第１の信号を出力電圧Ｅ1 として出力す
るものである。一方、第２のホール素子１２は磁路形成
部９の先端部９Ａと磁路形成部１０の先端部１０Ａとの
間に位置し、両者の間の磁束密度に比例した第２の信号
を出力電圧Ｅ2 として出力するものである。

【００２８】１３はケーシング１の凹部１Ｃ内に位置し
第１，第２のホール素子１１，１２および後述の演算回
路１９を実装する回路基板を示し、該回路基板１３はホ
ール素子１１，１２の実装部位を磁路形成部７，９の先
端部７Ａ，９Ａと磁路形成部８，１０の先端部８Ａ，１
０Ａとの間に位置決めするように配設され、回路基板１
３の先端側には後述する各端子ピン１４の一端側が隔壁
部１Ｂから後述のカバー１６側に向けて貫通した状態で
固着されている。

【００２９】１４はケーシング１に埋設された金属材料
からなる複数の端子ピン（１個のみ図示）を示し、該各
端子ピン１４は一端側がケーシング１の凹部１Ｃ内へと
突出し回路基板１３に貫通状態で固着され、他端側は後
述の雄コネクタ１５内へと突出すると共に、外部の端子
と電気的に接続可能となっている。そして、各端子ピン
１４は第１，第２のホール素子１１，１２および後述の
演算回路１９を外部の電源（図示せず）等に接続すると
共に、演算回路１９による後述の検出信号Ｓoを外部へ
と出力する構成となっている。

【００３０】１５はケーシング１から突出形成された略
角筒形状の雄コネクタを示し、該雄コネクタ１５内には
端子ピン１４の他端側が突出している。そして、該雄コ
ネクタ１５は各端子ピン１４を介して相手側となる雌コ
ネクタ（図示せず）と接続されるようになっている。

【００３１】１６は合成樹脂材料により形成されケーシ
ング１の凹部１Ｃ内を密閉状態に施蓋する略平板状のカ
バー、１７は弾性材料により形成され該カバー１６とケ
ーシング１との間をシールするパッキンを示している。

【００３２】１８はケーシング１の隔壁部１Ｂに埋設さ
れた平板状の磁気遮蔽板を示し、該磁気遮蔽板１８は第
１，第２のホール素子１１，１２の下側に位置し、マグ
ネット４からの磁界等が第１，第２のホール素子１１，
１２に直接的な影響を与えるのを防止している。

【００３３】１９は回路基板１３に実装され、第１，第
２のホール素子１１，１２から出力される出力電圧Ｅ1
，Ｅ2 に基づき回動角に対応した検出信号Ｓo を演算
出力する演算手段としての演算回路を示し、該演算回路
１９は図３に示すように後述の絶対値付与器２０，加算
器２１，割算器２２および増幅器２３等から構成されて
いる。

【００３４】２０は第１のホール素子１１から出力され
る出力電圧Ｅ1 の絶対値を出力する絶対値付与器、２１
は絶対値付与器２０からの出力と第２のホール素子１２
から出力される出力電圧Ｅ2 を加算する加算器、２２は
加算器２０の出力と出力電圧Ｅ1 との比を取る割算器、
２３は割算器２２の出力を増幅する増幅器を示してい
る。そして、増幅器２３は各端子ピン１４に電気的に接
続され、回動角に対応した検出信号Ｓo を各端子ピン１
４を介して外部へと出力する。

【００３５】２４は割算器２２の出力に対してオフセッ
トレベルを決める基準電圧発生器、２５は増幅器２３の
出力信号を補正し信号の出力特性をリニアな特性に調整
（補正）する調整信号発生器を示している。

【００３６】本実施例による回動角検出装置は上述の如
き構成を有するもので、次にその作動について図４ない
し図８を参照して説明する。

【００３７】まず、図４に示すようにシャフト３の回動
に伴いマグネット４の円弧面部４Ａも一側の磁極片部６
の中間部位６Ａから±９０°の範囲で回動角θをもって
周方向に回動する。ここで、マグネット４が正方向に回
動したときにはマグネット４の円弧面部４Ａは角度θ1
の範囲に亘り一側（図４の右側）の磁極片部５と対向す
ると共に、角度θ2 の範囲に亘り一側（図４の上側）の
磁極片部６と対向する。

【００３８】また、マグネット４の円弧面部４Ｂも同様
に角度θ1 の範囲に亘り他側（図４の左側）の磁極片部
５と対向すると共に、角度θ2 の範囲に亘り他側（図４
の下側）の磁極片部６と対向する。そして、マグネット
４から発生した磁束は第１の磁極片部５，５から磁路形
成部７，８を通じて第１のホール素子１１へと導かれる
一方、第２の磁極片部６，６からは磁路形成部９，１０
を通じて第２のホール素子１２へと導かれる。

【００３９】このとき、マグネット４，磁極片部５，６
は図５に示すようにマグネット４、磁極片部５，５およ
び磁路形成部７，８から第１の磁気回路が構成され、マ
グネット４、磁極片部６，６および磁路形成部９，１０
から第２の磁気回路が構成されると共に、２つの磁気回
路は磁気的に並列接続の関係となっている。

【００４０】ここで、マグネット４の円弧面部４Ａと一
側の磁極片部５，６との間に生じる磁気抵抗の逆数をパ
ーミアンスＰ1 ，Ｐ2 とすれば、これらのパーミアンス
Ｐ1，Ｐ2 はマグネット４の円弧面部４Ａと第１，第２
の磁極片部５，６との対向面積に実質的に比例し、

【００４１】

【数１】 Ｐ1 ＝α×μ0 ×θ1 ＝α×μ0 ×θ

【００４２】

【数２】 Ｐ2 ＝α×μ0 ×θ2 ＝α×μ0 ×（９０°−θ） としてそれぞれ求められる。

【００４３】ここで、定数αはマグネット４の軸方向寸
法、各磁極片部５，６の軸方向寸法およびマグネット４
と各磁極片部５，６との間隔寸法等により予め決定され
る定数値であり、透磁率μ0 は真空中の透磁率を示して
いる。

【００４４】また、マグネット４の円弧面部４Ｂと他側
の磁極片部５，６との間に生じる磁気抵抗の逆数をパー
ミアンスＰ3 ，Ｐ4 とすれば、円弧面部４Ｂと他側の磁
極片部５，６との対向面積は円弧面部４Ａと一側の磁極
片部５，６との対向面積に等しいから、

【００４５】

【数３】Ｐ3 ＝α×μ0 ×θ1 ＝Ｐ1

【００４６】

【数４】Ｐ4 ＝α×μ0 ×θ2 ＝Ｐ2 の関係が成り立つ。

【００４７】このとき、第１，第２のホール素子１１，
１２の周囲により生じる磁気抵抗の逆数をパーミアンス
ＰS とすれば、このパーミアンスＰS は第１，第２の磁
極片部５，６側のパーミアンスＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4
に比較して十分に小さい値となるから、パーミアンスＰ
S は実質的に無視できる値となる。

【００４８】そこで、マグネット４の起磁力Ｆにより発
生し、第１，第２の磁気回路を通る総磁束Φは、

【００４９】

【数５】 ＝Ｆ×（Ｐ1 ＋Ｐ2 ）／２ ＝Ｆ×α×μ0 ×９０°／２ の関係となり常に一定値である。

【００５０】また、各磁極片部５，６を通る磁束Φ1 ，
Φ2 はΦ1 ：Φ2 ＝Ｐ1 ：Ｐ2 の関係にあり、それぞ
れ、

【００５１】

【数６】 Φ1 ＝Φ×Ｐ1 ／（Ｐ1 ＋Ｐ2 ） ＝Φ×α×μ0 ×θ／（α×μ0 ×９０°） ＝Φ×θ／９０°

【００５２】

【数７】 Φ2 ＝Φ×Ｐ2 ／（Ｐ1 ＋Ｐ2 ） ＝Φ×α×μ0 ×（９０°−θ）／（α×μ0 ×９０°） ＝Φ×（１−θ／９０°） として求められる。

【００５３】ここで、磁路形成部７，８の先端部７Ａ，
８Ａが対向する面積は磁路形成部９，１０の先端部９
Ａ，１０Ａが対向する面積に等しいから、この対向面積
による定数をβとすると、第１，第２のホール素子１
１，１２を通る磁束密度Ｂ1 ，Ｂ2 は、

【００５４】

【数８】Ｂ1 ＝β×Φ1

【００５５】

【数９】Ｂ2 ＝β×Φ2 として求められる。

【００５６】そして、ホール素子１１，１２は同一の特
性を有し、ホール素子１１，１２の出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2
は磁束密度Ｂ1 ，Ｂ2 に比例するから、

【００５７】

【数１０】 Ｅ1 ＝Ｇ×Ｂ1 ＝Ｇ×β×Φ×θ／９０°

【００５８】

【数１１】 Ｅ2 ＝Ｇ×Ｂ2 ＝Ｇ×β×Φ×（１−θ／９０°） の関係となる。ここで、Ｇはホール素子１１，１２の素
子感度であり、磁束密度Ｂ1 ，Ｂ2 に対する出力電圧Ｅ
1 ，Ｅ2 を決めるものである。

【００５９】また、ホール素子１２の出力電圧Ｅ2 は、

【００６０】

【数１２】 Ｅ2 ＝Ｇ×Ｂ2 ＝Ｇ×β×Φ×（１− |θ| ／９０°） として、前記数１１の式を数１２の式に置き換えること
ができる。

【００６１】この結果、ホール素子１１の出力電圧Ｅ1
は数１０の式から、図６中に実線で示す特性線２６のよ
うに回動角θに対して比例関係にあり、回動角θの増加
に伴って出力電圧Ｅ1 も増加する。即ち、回動角θが−
９０°のときに一側の磁極片部５とマグネット４の円弧
面部４Ｂとが対向し他側の磁極片部５と円弧面部４Ａと
が全ての外周面に亘って対向するから、出力電圧Ｅ1 は
負の最大電圧値となる。そして、この位置からマグネッ
ト４を正方向に回動させると、磁極片部５，５とマグネ
ット４の円弧面部４Ａ，４Ｂとの対向面積が減少するか
ら、出力電圧Ｅ1 の電圧値もこの対向面積に比例して減
少し、回動角θが０°のときに出力電圧Ｅ1 はほぼ０Ｖ
（ボルト）となる。

【００６２】次に、マグネット４を正方向に回動させる
と、磁極片部５，５と対向するマグネット４の極性は反
転し、一側の磁極片部５とマグネット４の円弧面部４Ａ
とが対向し、他側の磁極片部５と円弧面部４Ｂとが対向
するから、出力電圧Ｅ1 は正の電圧値となる。そして、
回動角θの増加と共に磁極片部５，５とマグネット４の
円弧面部４Ａ，４Ｂとの対向面積が増加するから、出力
電圧Ｅ1 もこの対向面積に比例して増加し、回動角θが
９０°になったときに正の最大電圧値となる。

【００６３】一方、ホール素子１２の出力電圧Ｅ2 は数
１２の式から、図６中に点線で示す特性線２７のように
回動角θが０°のときを中心にして２つの特性を有す
る。即ち、回動角θが−９０°のときに磁極片部６，６
はマグネット４の円弧面部４Ａ，４Ｂとは対向しないか
ら、出力電圧Ｅ2 はほぼ０Ｖ（ボルト）となる。そし
て、この位置から正方向にマグネット４を回動すると、
磁極片部６，６とマグネット４の円弧面部４Ａ，４Ｂと
の対向面積が増加するから、出力電圧Ｅ2 も増加し、回
動角θが０°のときに最大の電圧値となる。次に、マグ
ネット４を正方向に回動させると、再び磁極片部６，６
とマグネット４の円弧面部４Ａ，４Ｂとの対向面積が減
少するから、出力電圧Ｅ2 も減少し、回動角θが９０°
になったときほぼ０Ｖ（ボルト）となる。

【００６４】ここで、ホール素子１１，１２の素子感度
Ｇは周囲の温度等に影響され、出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 が変
化する。また、総磁束Φはマグネット４の起磁力Ｆに依
存するから、マグネット４の起磁力Ｆ等に影響されて出
力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 は変化することになる。

【００６５】そのため、出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 を演算回路
１９へ入力し、この演算回路１９で下記の数１３の式に
示す演算を行なう。

【００６６】

【数１３】

【００６７】即ち、演算回路１９の絶対値付与器２０は
出力電圧Ｅ1 の絶対値 |Ｅ1|を求め、加算器２１は絶対
値 |Ｅ1|と出力電圧Ｅ2 を加算することにより加算値
（ |Ｅ1|＋Ｅ2 ）を求める。そして、割算器２２はこの
加算値（ |Ｅ1|＋Ｅ2 ）と出力電圧Ｅ1 とを割算して前
記数１３の式による演算を行い演算信号Ｓx を出力す
る。

【００６８】これにより、演算信号Ｓx は図７中に実線
で示す特性線２８のような特性となり、回動角θが−９
０°のときに最小値（Ｓx ＝−１）となり、回動角θが
９０°のときに最大値（Ｓx ＝１）となると共に、演算
信号Ｓx は回動角θのみにより決定され、マグネット４
の起磁力Ｆおよびホール素子１１，１２の素子感度Ｇに
よる影響を受けることはなくなる。

【００６９】また、基準電圧発生器２４は割算器２２に
基準電圧を入力し、増幅器２３は割算器２２から出力さ
れる演算信号Ｓx を増幅し、調整信号発生器２５は増幅
器２３に調整信号を入力することにより、増幅器２３か
ら出力される検出信号Ｓo の微小変動を補正する。

【００７０】即ち、検出信号Ｓo は演算信号Ｓx に基づ
き、

【００７１】

【数１４】 として求められる。

【００７２】ここで、Ｖo は一定の電圧値（例えば２．
５Ｖ）であり、定数ｋは一定の増幅率を示している。

【００７３】これにより、検出信号Ｓo は、図８中に実
線で示す特性線２９のような特性となり、回動角θが−
９０°のとき最小値（Ｖo −ｋ）、回動角θが９０°の
とき最大値（Ｖo ＋ｋ）となる。

【００７４】かくして、本実施例によれば、スロットル
ボディ２に回動可能に設けられたシャフト３と、該シャ
フト３に固定されたマグネット４と、該マグネット４を
取囲むように配設された第１の磁極片部５，５および第
２の磁極片部６，６と、該磁極片部５，５に基端側が接
続された磁路形成部７，８と、該磁極片部６，６に基端
側が接続された磁路形成部９，１０と、該磁路形成部
７，８の先端部７Ａ，８Ａ間に設けられた第１のホール
素子１１と、磁極形成部９，１０の先端部９Ａ，１０Ａ
間に設けられた第２のホール素子１２と、該第１，第２
のホール素子１１，１２からの出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 に基
づいて回動角θに応じた検出信号Ｓo を出力する演算回
路１９とを備える構成としたから、下記のような効果を
奏する。

【００７５】即ち、回動するシャフト３およびマグネッ
ト４に対して第１，第２の磁極片部５，６等は接触せ
ず、シャフト３に余分な摺動抵抗（負荷等）を加えるこ
となく回動角の検出が可能となり、非接触構造とするこ
とにより耐久性を確実に向上させることができると共
に、第１，第２のホール素子１１，１２からの出力電圧
Ｅ1 ，Ｅ2 が瞬間的に遮断されることはなく、高い信頼
性が得られる。

【００７６】また、前記数１４の式に示す如く回動角θ
に対応した検出信号Ｓo を演算回路１９から出力できる
ので、この検出信号Ｓo によりマグネット４の起磁力
Ｆ、素子感度Ｇの温度特性、経時劣化等に依存すること
はなく、正確な回動角θの検出が可能となる。

【００７７】そして、マグネット４の発生する磁束を第
１の磁極片部５，５から磁路形成部７，８を通じて第１
のホール素子１１に導き、第２の磁極片部６，６から磁
路形成部９，１０を通じて第２のホール素子１２に効率
的に導くことができるから、第１のホール素子１１は第
１の磁極片部５，５間に発生するマグネット４による磁
束Φ1 に対応した出力電圧Ｅ1 を出力でき、第２のホー
ル素子１２は第２の磁極片部６，６間に発生するマグネ
ット４による磁束Φ2 に対応した出力電圧Ｅ2を出力で
きると共に、第１，第２のホール素子１１，１２から出
力する出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 のレベルをマグネット４の回
動角θに応じて大きく変化させることができる。

【００７８】また、各磁路形成部７，８，９，１０によ
ってマグネット４が発生する磁束を第１，第２のホール
素子１１，１２まで効率的に導くことができ、各ホール
素子１１，１２の取付け自由度を増大させることができ
る。そして、第１，第２のホール素子１１，１２を互い
に近接させて配設でき、周囲温度等の条件を同一にする
ことができると共に、同一の半導体基板から一体的に形
成されたワンチップのホール素子１１，１２を用いるこ
とが可能となる。

【００７９】さらに、第１，第２の磁極片部５，６は、
マグネット４を取囲む分割円筒形状をなしてシャフト３
を中心とする同心円上に配設したから、マグネット４の
各円弧面部４Ａ，４Ｂが各磁極片部５，６と対向したと
きの距離を一定に保つことができる。これにより、第１
の磁極片部５，５とマグネット４の円弧面部４Ａ，４Ｂ
とが対向する面積に比例した磁束Φ1 を第１の磁極片部
５，５から導くことができ、該磁極片部５，５に接続さ
れた磁路形成部７，８の先端部７Ａ，８Ａ間に設けられ
たホール素子１１から回動角θに比例した出力電圧Ｅ1
を得ることができる。また、第２の磁極片部６，６とマ
グネット４の円弧面部４Ａ，４Ｂとが対向する面積に比
例した磁束Φ2 を第２の磁極片部６，６から導くことが
でき、該磁極片部６，６に接続された磁路形成部９，１
０の先端部９Ａ，１０Ａ間に設けられたホール素子１２
から回動角θに対応した出力電圧Ｅ2 を得ることができ
る。

【００８０】さらにまた、マグネット４と各磁極片部
５，６とを同心円上にコンパクトに配設できるから、回
動角検出装置の小型化が可能となると共に、回動するシ
ャフト３にはマグネット４のみを固定すればよいから、
当該回動角検出装置の組立て、取付け作業等を大幅に簡
略化することができる。

【００８１】次に、図９は本発明の第２の実施例を示
し、本実施例では前記第１の実施例と同一の構成要素に
同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。し
かし、本実施例の特徴は、シャフト３等に固定するマグ
ネット３１を、扇形状に形成された一対の磁極部３１
Ａ，３１Ａと、各磁極部３１Ａ間を結合する棒状の連結
部３１Ｂとから構成したことにある。

【００８２】ここで、マグネット３１は前記第１の実施
例で述べたマグネット４とほぼ同様に形成されているも
のの、該マグネット３１の各磁極部３１Ａは中心から９
０°の角度範囲に亘り扇形状をなすと共に、それぞれＮ
極，Ｓ極として形成されている。また、マグネット３１
の連結部３１Ｂには中心部にシャフト３の軸方向に貫通
穴３１Ｃが設けられ、該貫通穴３１Ｃにはシャフト３が
廻止め状態で固着される。

【００８３】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第１の実施例と同様の作用効果が得られる
が、特に本実施例では、マグネット３１を扇形状の各磁
極部３１Ａと棒状の連結部３１Ｂとから形成したので、
マグネット３１から発生する磁束を各磁極部３１Ａから
９０°の角度範囲に亘り扇形状に広げることができる。
このため、回動角θが±９０°や０°付近となったとき
でも第１，第２の磁極片部５，６とマグネット３１の各
磁極部３１Ａとの対向面積に対応した磁束をマグネット
３１から第１，第２のホール素子１１，１２へと正確に
導くことができ、回動の全範囲に亘って正確な回動角θ
の検出ができる。

【００８４】次に、図１０および図１１は本発明の第３
の実施例を示し、本実施例では前記第１の実施例と同一
の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するも
のとする。しかし、本実施例の特徴は、シャフト３に固
定されたマグネット４１の両極側に磁性材料による磁極
部４２，４２を設け、該磁極部４２，４２の先端側は第
１，第２の磁極片部４３，４４と対向するように構成し
たことにある。

【００８５】ここで、シャフト３に固定されたマグネッ
ト４１は略正方形状をなすと共に、一対の平行面部４１
Ａ，４１Ａに磁極（Ｎ極，Ｓ極）が形成されている。ま
た、マグネット４１の中心部にはシャフト３の軸方向に
貫通穴４１Ｂが設けられ、該貫通穴４１Ｂにはシャフト
３が廻止め状態で固着されている。

【００８６】そして、各磁極部４２は基端が前記マグネ
ット４１の各平行面部４１Ａに接続されて径方向に延び
た腕部４２Ａと、該腕部４２Ａの先端からシャフト３の
軸方向に突出した円弧状部４２Ｂとからなり、マグネッ
ト４１と共にシャフト３の先端側に略コ字状をなして設
けられている。また、各円弧状部４２Ｂは、図１１に示
すようにシャフト３を中心に９０°の角度範囲に亘り周
方向に延びており、各円弧状部４２Ｂの内周側は第１，
第２の磁極片部４３，４４の外周側と対向するように設
けられている。

【００８７】また、第１の磁極片部４３，４３は図１０
に示すように、第２の磁極片部４４，４４と共にシャフ
ト３から軸方向に離間しつつ円弧状部４２Ｂ，４２Ｂの
径方向内側に位置し分割円筒形状をなして設けられてい
る。そして、磁極片部４３，４３はシャフト３を中心に
して対称に位置し、各磁極片部４３はマグネット４の円
弧状部４２Ｂ，４２Ｂと一定の間隔を保って対向するよ
うにシャフト３を中心にして９０°の角度範囲に亘り周
方向に延びている。

【００８８】一方、第２の磁極片部４４，４４は図１１
に示すように各磁極片部４３から僅かに離間し、該磁極
片部４３，４３間でシャフト３を中心にして９０°の角
度範囲に亘り周方向に延びている。

【００８９】さらに、第１，第２の各磁極片部４３，４
４には前述した第１の実施例と同様に第１，第２の磁路
形成部７，８，９，１０の基端側が接続され、磁路形成
部７，８の先端部７Ａ，８Ａ間には第１のホール素子１
１が設けられると共に、磁路形成部９，１０の先端部９
Ａ，１０Ａ間には第２のホール素子１２が設けられてい
る。

【００９０】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、マグネット４１の両
極側に磁極部４２，４２を設けたから、各磁極部４２の
先端側となる各円弧状部４２Ｂ間にマグネット４１が発
生する磁束を集中させることができ、漏れ磁束が減少し
各円弧状部４２Ｂ間に設けられた第１，第２の磁極片部
４３，４４からより効率的に第１，第２のホール素子１
１，１２に磁束を導けると共に、回動角の検出感度を向
上させることができる。

【００９１】次に、図１２は本発明の第４の実施例を示
し、本実施例では前記第１の実施例と同一の構成要素に
同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。し
かし、本実施例の特徴は、第１，第２の各磁極片部５，
６の径方向外側に該各磁極片部５，６に対して同心円上
に位置するようにマグネット側のリング体５１を設けた
ことにある。ここで、リング体５１はマグネットとして
の磁石部５１Ａ，５１Ａと連結部５１Ｂ，５１Ｂとから
なり、磁石部５１Ａ，５１Ａはリング体５１の径方向で
対向する位置に設けられ、９０°の角度範囲に亘り周方
向に延びている。また、一側の磁石部５１Ａは内周面が
Ｎ極となり、他側の磁石部５１Ａは内周面がＳ極となる
ように形成されている。

【００９２】そして、各磁石部５１Ａ間は非磁性材料か
らなる各連結部５１Ｂで円環状に連結されている。さら
に、リング体５１は第１，第２の磁極片部５，６を取囲
むように配設され、各磁極片部５，６と一定の間隔をも
って対向すると共に、リング体５１はシャフト（図示せ
ず）を中心に回動するようにシャフトの先端側に固定さ
れている。

【００９３】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第３の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、両極を磁石部５１
Ａ，５１Ａにより別々に形成したから，リング体５１の
各連結部５１Ｂやシャフト（図示せず）に固定する部材
等に軽量な材料を用いることができ、リング体の軽量化
が図れると共に、シャフトの負荷を減少させることがで
きる。

【００９４】なお、前記各実施例では、第１，第２のホ
ール素子１１，１２の出力電圧Ｅ1，Ｅ2 に基づき回動
角θに対応した検出信号Ｓo を演算出力する演算回路１
９を、ケーシング１の内部に設けるものとしたが、本発
明はこれに限らず、第１，第２のホール素子１１，１２
による出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 を各端子ピン１４から出力
し、これをケーシング１の外部に設けた演算回路等によ
り検出信号Ｓo として演算出力してもよい。

【００９５】また、前記各実施例では、回動軸となるシ
ャフト３にマグネット４（３１，４１，５１Ａ）を固着
して、これを回動するものとして述べたが、本発明はこ
れに限らず、例えばケーシング側にマグネットを固定し
て設け、第１，第２の磁極片部側を回動軸等で回動する
構成としてもよい。

【００９６】さらに、前記各実施例では第１，第２の各
磁極片部５，６（４３，４４）をそれぞれ一定の角度範
囲に亘り周方向に延びて一体に形成するものとして述べ
たが、本発明はこれに限らず、第１，第２の磁極片部を
それぞれ小さい角度範囲に分割し、それぞれを２個以上
の磁極片部として形成してもよい。

【００９７】さらにまた、前記各実施例では第１，第２
の各磁極片部５，６（４３，４４）を４等分に分割した
円筒状に形成するものとして述べたが、第１，第２の磁
極片部は４分割の円筒状をなしていれば等分割である必
要はなく、例えば第１の磁極片部を６０°の角度範囲に
亘って周方向に形成してもよく、第２の磁極片部を１２
０°の角度範囲に亘って周方向に形成してもよい。ま
た、これと同様にマグネット４（３１，４１，５１Ａ）
も９０°の角度範囲に亘る円弧面をもつ必要はなく６０
°の角度範囲に亘る円弧面から構成してもよい。

【００９８】

【発明の効果】以上詳述した通り、マグネットと、該マ
グネットと対向するように該マグネットの周囲に互いに
離間して配設され、周方向に一定の角度をもって延びる
一対の第１の磁極片部と、該第１の各磁極片部から離間
して設けられ、該第１の各磁極片部間を周方向に一定の
角度をもって延びる一対の第２の磁極片部と、該第１，
第２の磁極片部と前記マグネットのいずれか一方を回動
し、該第１，第２の磁極片部と前記マグネットとを相対
回転させる回動手段と、前記第１，第２の磁極片部と前
記マグネットとの対向面積に対応した第１，第２の信号
をそれぞれ出力する第１，第２の信号出力手段とを備え
る構成としたから、相対回転する第１，第２の磁極片部
とマグネットとの間を非接触状態に保持でき、耐久性や
信頼性を向上できると共に、第１，第２の磁極片部とマ
グネットとの対向面積を回動角に対応させることによ
り、第１，第２の信号出力手段から回動角に対応した第
１，第２の信号を出力できる。

【００９９】また、第１，第２の磁極片部によってマグ
ネットが発生する磁束を第１，第２の信号出力手段まで
効率的に導くことができ、該各信号出力手段の取付け自
由度を増大させることができる。そして、第１，第２の
信号出力手段を互いに近接させて配設でき、周囲温度等
の条件を同一にすることができると共に、例えば同一の
半導体基板から一体的に形成されたホール素子等から第
１，第２の信号出力手段を形成することが可能となる。

【０１００】さらに、請求項２に記載の発明では、回動
手段は前記マグネットを回動させる回動軸であり、前記
第１，第２の各磁極片部は、該回動軸を中心とする同心
円上に位置し、前記マグネットに対し一定のギャップを
介して対向するように配設する構成としたから、回動軸
によってマグネットのみを回動し、第１，第２の磁極片
部をケーシング等に組み付けることにより、当該回動角
検出装置の組立性や取付性を向上させることができる。
また、回動軸と共に回動するマグネットと第１，第２の
各磁極片部とを同心円上にコンパクトに配設でき、当該
回動角検出装置を全体として小型化、軽量化することが
できる。

【０１０１】さらにまた、請求項３に記載の発明では、
前記第１，第２の信号出力手段から出力される第１，第
２の信号に基づき前記回動手段の回動角に対応した検出
信号を演算出力する演算手段を備える構成としたから、
マグネットの起磁力、素子感度の温度特性、経時劣化等
に影響される信号成分を確実に相殺することができ、回
動角の検出信号をリニアな特性をもって出力できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による回動角検出装置を
示す縦断面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向拡大断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例による回動角検出装置の
演算回路を示す回路ブロック図である。

【図４】本発明の第１の実施例による回動角検出装置に
用いるマグネット，各磁極片部および各ホール素子等の
配置関係を示す全体構成図である。

【図５】図４中に示すマグネット，各磁極片部および各
ホール素子等の磁気回路図である。

【図６】本発明の第１の実施例による回動角検出装置に
用いる第１，第２のホール素子からの出力電圧と回動角
との関係を示す特性線図である。

【図７】本発明の第１の実施例による回動角検出装置に
用いる割算器からの演算信号と回動角との関係を示す特
性線図である。

【図８】本発明の第１の実施例による回動角検出装置に
用いる演算回路からの検出信号と回動角との関係を示す
特性線図である。

【図９】本発明の第２の実施例による回動角検出装置に
用いるマグネットを示す平面図である。

【図１０】本発明の第３の実施例による回動角検出装置
に用いるマグネット，各磁極片部および各ホール素子等
の配置関係を示す縦断面図である。

【図１１】図１０中の矢示XI−XI方向断面図である。

【図１２】本発明の第４の実施例による回動角検出装置
に用いるリング体および各磁極片部の配置関係を示す全
体構成図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ３ シャフト（回動軸） ４，３１，４１ マグネット ５，４３ 第１の磁極片部 ６，４４ 第２の磁極片部 １１ 第１のホール素子（第１の信号出力手段） １２ 第２のホール素子（第２の信号出力手段） １９ 演算回路（演算手段） ４２ 磁極部 ５１ リング体 ５１Ａ 磁石部（マグネット） Ｅ1 出力電圧（第１の信号） Ｅ2 出力電圧（第２の信号） Ｓo 検出信号 θ 回動角

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネットと、該マグネットと対向する
   ように該マグネットの周囲に互いに離間して配設され、
   周方向に一定の角度をもって延びる一対の第１の磁極片
   部と、該第１の各磁極片部から離間して設けられ、該第
   １の各磁極片部間を周方向に一定の角度をもって延びる
   一対の第２の磁極片部と、該第１，第２の各磁極片部と
   前記マグネットのいずれか一方を回動し、該第１，第２
   の各磁極片部と前記マグネットとを相対回転させる回動
   手段と、前記第１，第２の各磁極片部と前記マグネット
   との対向面積に対応した第１，第２の信号をそれぞれ出
   力する第１，第２の信号出力手段とから構成してなる回
   動角検出装置。
2. 【請求項２】 前記回動手段は前記マグネットを回動さ
   せる回動軸であり、前記第１，第２の各磁極片部は、該
   回動軸を中心とする同心円上に位置し、前記マグネット
   に対し一定のギャップを介して対向するように配設して
   なる請求項１記載の回動角検出装置。
3. 【請求項３】 前記第１，第２の信号出力手段から出力
   される第１，第２の信号に基づき前記回動手段の回動角
   に対応した検出信号を演算出力する演算手段を備える構
   成としてなる請求項１または２記載の回動角検出装置。