JP3183620B2 - 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
置は、マグネットと、該マグネットの一方の磁極と対向
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、周方向にそれぞれ一定の角度をもって延びる第１，
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
記マグネットの他方の磁極と対向するように該回動手段
の周方向に延び前記第１，第２の磁極片部から離間して
配設された第３の磁極片部と、前記第１の磁極片部と第
３の磁極片部との間で前記マグネットによる磁気信号を
前記第１の磁極片部とマグネットとの対向面積に対応し
た第１の信号として出力する第１の信号出力手段と、前
記第２の磁極片部と第３の磁極片部との間で前記マグネ
ットによる磁気信号を前記第２の磁極片部とマグネット
との対向面積に対応した第２の信号として出力する第２
の信号出力手段とにより構成している。

【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３の磁極片部とマグネット
との間も非接触状態に保持できる。そして、第１，第
２，第３の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】

【００１２】そして、前記第１の信号出力手段は、前記
第１の磁極片部と第３の磁極片部との間で前記マグネッ
トによる磁界に対応した第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の磁極片部と第３の磁極
片部との間で前記マグネットによる磁界に対応した第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。

【００１３】また、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および第３の各磁極片部は、該回動軸を中
心とする同心円上にそれぞれ配設する構成としている。

【００１４】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および第３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。

【００１５】さらに、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。

【００１６】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。

【００１７】

【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。

【００１８】ここで、図１ないし図７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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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は図２に示
すように、後述する第２，第３の磁極片部６，７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はマグネット４のＮ極側となる
円弧面部４Ａ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、磁極片部５はマグネット４が発生す
る磁束を、後述の第１の磁路形成部８を介して第１のホ
ール素子１１へと導くものである。

【００２３】６は第１の磁極片部５から僅かに離間して
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は前記第１の磁極片部５と
同様にマグネット４の円弧面部４Ａ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、磁極片部６は
マグネット４が発生する磁束を、後述の第２の磁路形成
部９を介して第２のホール素子１２へと導くものであ
る。

【００２４】７は前記第１，第２の磁極片部５，６から
僅かに離間して設けられた第３の磁極片部を示し、該第
３の磁極片部７はケーシング１の筒部１Ａに埋設される
と共に、マグネット４のＳ極側となる円弧面部４Ｂと一
定の間隔を保って常時対向するように、約１８０°の角
度範囲に亘り周方向に延びている。そして、磁極片部７
はマグネット４が発生する磁束を、後述の第３の磁路形
成部１０を介して第１，第２のホール素子１１，１２へ
と導くものである。

【００２５】ここで、マグネット４（シャフト３）の回
動角θは、円弧面部４Ａの中央部位が第１，第２の磁極
片部５，６間の中間位置に対向した状態を零（θ＝０
°）位置とし、第１の磁極片部５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、第２の磁極片部６
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±４５°
の間であり、回動角θが−４５°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４５°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。

【００２６】８は基端側が第１の磁極片部５に接続さ
れ、先端側がケーシング１の凹部１Ｃ内に突出した第１
の磁路形成部を示し、該第１の磁路形成部８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うと共
に、ホール素子１１の下側に位置する第３の磁路形成部
１０の先端側と対向している。

【００２７】９は基端側が第２の磁極片部６に接続さ
れ、先端側がケーシング１の凹部１Ｃ内に突出した第２
の磁路形成部を示し、該第２の磁路形成部９の先端側は
第２のホール素子１２の上側を隙間を介して覆うと共
に、ホール素子１２の下側に位置する第３の磁路形成部
１０の先端側と対向している。

【００２８】ここで、磁路形成部８，９は図４に示す如
くその先端部８Ａ，９Ａが相互いに等しい面積をもって
後述する磁路形成部１０の先端部１０Ａと対向し、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。

【００２９】１０は基端側が第３の磁極片部７に接続さ
れ、先端側がケーシング１の凹部１Ｃ内に突出した第３
の磁路形成部を示し、該第３の磁路形成部１０は先端側
がケーシング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、
該磁路形成部１０の先端部１０Ａは図４に示す如く、磁
路形成部８，９の先端部８Ａ，９Ａと対向配設され、両
者の間にはホール素子１１，１２等が介挿されている。

【００３０】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８の先端部８Ａ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。

【００３１】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８，９の先
端部８Ａ，９Ａと磁路形成部１０の先端部１０Ａとの間
に位置決めするように配設され、回路基板１３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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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加算器２０，減算器２
１，割算器２２および増幅器２３等から構成されてい
る。

【００３７】２０は第１，第２のホール素子１１，１２
から出力される出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2を加算する加算器、
２１は第１，第２のホール素子１１，１２から出力され
る出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 を減算する減算器、２２は加算器
２０の出力と減算器２１の出力との比を取る割算器、２
３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１４を
介して外部へと出力する。

【００３８】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。

【００３９】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７を参照して説明する。

【００４０】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も第１，第２の磁極
片部５，６が周方向に離間した位置から±４５°の範囲
で回動角θをもって周方向に回動する。このとき、マグ
ネット４の円弧面部４Ａは角度θ1 の範囲に亘り第１の
磁極片部５と対向すると共に、角度θ2 の範囲に亘り第
２の磁極片部６と対向する。一方、マグネット４の円弧
面部４Ｂは全体に亘り第３の磁極片部７と対向し続け
る。そして、マグネット４が発生した磁束は第１，第３
の磁極片部５，７から第１，第３の磁路形成部８，１０
を通じて第１のホール素子１１へと導かれる一方、第
２，第３の磁極片部６，７からは第１，第３の磁路形成
部９，１０を通じて第２のホール素子１２へと導かれ
る。

【００４１】このとき、マグネット４，磁極片部５，
６，７は図５に示すようにマグネット４、磁極片部５，
７および磁路形成部８，１０から第１の磁気回路が構成
され、マグネット４、磁極片部６，７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。

【００４２】ここで、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、

【００４３】

【数１】 Ｐ1 ＝α×μ0 ×θ1 ＝α×μ0 ×（４５°＋θ）

【００４４】

【数２】 Ｐ2 ＝α×μ0 ×θ2 ＝α×μ0 ×（４５°−θ） としてそれぞれ求められる。

【００４５】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。

【００４６】また、マグネット４の円弧面部４Ｂと第３
の磁極片部７との間に生じる磁気抵抗の逆数をパーミア
ンスＰ3 とすれば、このパーミアンスＰ3 はマグネット
４の円弧面部４Ｂと第３の磁極片部７とは常に９０°に
亘って対向する一方、前記マグネット４の円弧面部４Ａ
は第１の磁極片部５および第２の磁極片部６に対して全
体としては常に９０°に亘って対向するから、

【００４７】

【数３】Ｐ3 ＝α×μ0 ×９０°＝Ｐ1 ＋Ｐ2 の関係が成り立つ。

【００４８】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 に比較して十
分に小さい値となるから、パーミアンスＰS は実質的に
無視できる値となる。

【００４９】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、

【００５０】

【数４】 の関係となり常に一定値である。

【００５１】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、

【００５２】

【数５】 Φ1 ＝Φ×Ｐ1 ／（Ｐ1 ＋Ｐ2 ） ＝Φ×α×μ0 ×（４５°＋θ）／（α×μ0 ×９０°） ＝Φ×（０．５＋θ／９０°）

【００５３】

【数６】 Φ2 ＝Φ×Ｐ2 ／（Ｐ1 ＋Ｐ2 ） ＝Φ×α×μ0 ×（４５°−θ）／（α×μ0 ×９０°） ＝Φ×（０．５−θ／９０°） として求められる。

【００５４】ここで、磁路形成部８，９の先端部８Ａ，
９Ａは磁路形成部１０の先端部１０Ａに対して互いに等
しい面積をもって対向しているから、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１１，１
２を通る磁束密度Ｂ1 ，Ｂ2は、

【００５５】

【数７】Ｂ1 ＝β×Φ1

【００５６】

【数８】Ｂ2 ＝β×Φ2 として求められる。

【００５７】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、

【００５８】

【数９】 Ｅ1 ＝Ｇ×Ｂ1 ＝Ｇ×β×Φ×（０．５＋θ／９０°）

【００５９】

【数１０】 Ｅ2 ＝Ｇ×Ｂ2 ＝Ｇ×β×Φ×（０．５−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。

【００６０】この結果、ホール素子１１の出力電圧Ｅ1
は図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−４５°のときに磁
極片部５とマグネット４の円弧面部４Ａとは対向しなく
なるから、出力電圧Ｅ1 はほぼ０Ｖ（ボルト）となる。
そして、回動角θの増加と共に磁極片部５とマグネット
４の円弧面部４Ａ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４
５°になったときに最大の電圧値となる。

【００６１】一方、ホール素子１２の出力電圧Ｅ2 も図
６中に点線で示す特性線２７のように回動角θに比例す
るが、出力電圧Ｅ2 は回動角θの増加に対して減少する
特性となる。即ち、回動角θが−４５°のときに磁極片
部６はマグネット４の円弧面部４Ａの全ての外周面と対
向するから、出力電圧Ｅ2 は最大の電圧値となり、回動
角θの増加により磁極片部６とマグネット４の円弧面部
４Ａ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４５°になったときほぼ０Ｖ（ボルト）
となる。

【００６２】ここで、この出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 はホール
素子１１，１２の素子感度Ｇが周囲の温度等により変化
したときに、その影響により出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2 は変化
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 も変化することになる。

【００６３】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１１の式に
示す演算を行なう。

【００６４】

【数１１】

【００６５】ここで、演算回路１９の減算器２１は出力
電圧Ｅ1 ，Ｅ2 を減算することにより減算値（Ｅ1 −Ｅ
2 ）を求め、加算器２０は出力電圧Ｅ1 ，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 ）と減算値（Ｅ1
−Ｅ2 ）とを割算して前記数１１の式による演算を行
う。

【００６６】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。

【００６７】即ち、検出信号Ｓo は演算信号Ｓx に基づ
き、

【００６８】

【数１２】 として求められる。

【００６９】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。

【００７０】これにより、検出信号Ｓo は図７中の実線
で示す特性線２８のような特性となり、回動角θが−４
５°のとき最小値（Ｖo −ｋ）、回動角θが４５°のと
き最大値（Ｖo ＋ｋ）となると共に、検出信号Ｓo 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
けなくなる。

【００７１】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，第２および第３の磁極片
部５，６，７と、該各磁極片部５，６，７に基端側が接
続された第１，第２および第３の磁路形成部８，９，１
０と、該第１，第３の磁路形成部８，１０の先端側間に
設けられた第１のホール素子１１と、第２，第３の磁極
形成部９，１０の先端側間に設けられた第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。

【００７２】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および第３の磁極片部５，６，
７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。

【００７３】また、前記数１２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。

【００７４】そして、マグネット４の発生する磁束を第
１，第２および第３の磁極片部５，６，７から第１，第
２および第３の磁路形成部８，９，１０を通じて第１，
第２のホール素子１１，１２に効率的に導くことがで
き、第１のホール素子１１は第１の磁極片部５と第３の
磁極片部７との間に発生するマグネット４による磁束Φ
1 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と第３の磁極片部７との間に
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１
１，１２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。

【００７５】また、各磁路形成部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。

【００７６】さらに、第１，第２および第３の磁極片部
５，６，７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，
６，７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，第２の磁極片部５，６とマグネ
ット４の円弧面部４Ａとが対向する面積に比例した磁束
Φ1 ，Φ2 を第１，第２の磁極片部５，６から導くこと
ができ、該磁極片部５，６に接続された磁路形成部８，
９の先端部８Ａ，９Ａと磁極片部７に接続された磁路形
成部１０の先端部１０Ａとの間に設けられたホール素子
１１，１２から回動角θに比例した出力電圧Ｅ1 ，Ｅ2
を得ることができる。

【００７７】さらにまた、マグネット４と各磁極片部
５，６，７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。

【００７８】次に、図８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。

【００７９】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。

【００８０】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±４５°付近となったときでも第
１，第２および第３の磁極片部５，６，７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。

【００８１】次に、図９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を中心とする同心
円上に形成された分割円筒状の第１，第２および第３の
磁極片部４１，４２，４３のうち、第１，第２の磁極片
部４１，４２を９０°を越える角度θA （例えば１１０
°程度）をもって周方向に延ばし、第１，第２の磁極片
部４１，４２と対向するマグネット４４の円弧状部４４
Ａ（Ｎ極）側を角度θA とほぼ同様の角度θB をもって
円弧状に形成する構成としたことにある。

【００８２】ここで、第１，第２の磁極片部４１，４２
は同一の角度θA の範囲に亘って周方向に延び、第１，
第２の磁極片部４１，４２間に設ける第３の磁極片部４
３は１８０°以下の角度で、例えば１４０°程度の角度
範囲に亘って周方向に延びている。また、第３の磁極片
部４３に対向するマグネット４４の円弧状部４４Ｂ（Ｓ
極）側は９０°以下の角度θC （例えば３０°程度の角
度）をもって円弧状に形成され、円弧状部４４Ａ，４４
Ｂ間は一対の傾斜面部４４Ｃ，４４Ｃとなっている。

【００８３】そして、第１，第２および第３の磁極片部
４１，４２，４３にはそれぞれ前述した第１の実施例と
同様に第１，第２および第３の磁路形成部８，９，１０
の基端側が接続され、磁路形成部８，１０の先端部８
Ａ，１０Ａ間には第１のホール素子１１が設けられると
共に、磁極形成部９，１０の先端部９Ａ，１０Ａ間には
第２のホール素子１２が設けられている。

【００８４】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、第１，第２の磁極片
部４１，４２とマグネット４４のＮ極（円弧状部４４
Ａ）側とが対向する角度範囲を広げる構成としたから、
検出可能なシャフト３の回動角（回動範囲）を９０°以
上で、例えば１１０°程度の角度まで広げることができ
る。

【００８５】次に、図１０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、軸方向に磁極を形成したマ
グネット５１と、マグネット５１のＮ極側と対向するよ
うに同心円上に形成された第１，第２の磁極片部５２，
５３と、第１，第２の磁極片部５２，５３から軸方向に
離間し、マグネット５１のＳ極側と対向するようにリン
グ状に形成された第３の磁極片部５４とを備える構成と
したことにある。

【００８６】ここで、マグネット５１は、Ｎ極が設けら
れた半円形状の磁極部５１Ａと、Ｓ極が設けられた円板
状の磁極部５１Ｂと、各磁極部５１Ａ，５１Ｂの径方向
中心を接続する円柱状の軸部５１Ｃとから形成されてい
る。そして、マグネット５１の軸部５１Ｃはシャフト３
の先端側に軸心が一致するように固着され、シャフト３
の回動と共に半円形状の磁極部５１Ａと円板状の磁極部
５１Ｂとが周方向に回動する。そして、Ｎ極側の磁極部
５１Ａと対向する第１，第２の磁極片部５２，５３はそ
れぞれ１８０°程度の角度範囲に亘って周方向に延び、
該磁極片部５２，５３は互いにリング形状をなしてＮ極
側の磁極部５１Ａを外周側で取囲んでいる。

【００８７】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、マグネット５１の軸
方向に磁極を形成すると共に、Ｎ極側の磁極部５１Ａと
対向する第１，第２の磁極片部５２，５３と、Ｓ極側の
磁極部５１Ｂと対向する第３の磁極片部５４とを軸方向
に離間して設けたから、第１，第２の磁極片部５２，５
３が周方向に延びる角度を広げることができ、回動角の
検出範囲を１８０°程度まで大きく広げることができ
る。

【００８８】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。

【００８９】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（３１，４４，５１）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の磁極片部側を第３の磁極片部と共に
回動軸等で回動する構成としてもよい。

【００９０】さらに、前記各実施例では第１の磁極片部
５（４１，５２）、第２の磁極片部６（４２，５３）お
よび第３の磁極片部７（４３，５４）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および
第３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。

【００９１】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明では、マグネットと、該マグネットの一方の磁極と対
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、周方向にそれぞれ一定の角度をもって延びる第
１，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、前記マグネットの他方の磁極と対向するように前記
回動手段の周方向に延びる第３の磁極片部と、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。

【００９２】また、前記第１の信号出力手段は、前記第
１の磁極片部と第３の磁極片部との間で前記マグネット
による磁気信号を第１の信号として出力し、前記第２の
信号出力手段は、前記第２の磁極片部と第３の磁極片部
との間で前記マグネットによる磁気信号を第２の信号と
して出力する構成としたから、第１，第２および第３の
各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。

【００９３】また、請求項２に記載の発明では、回動手
段を前記マグネットを回動させる回動軸とし、前記第
１，第２および第３の磁極片部を該回動軸を中心とする
同心円上にそれぞれ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および第３
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および第３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。

【００９４】さらに、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８】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９】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
配置関係を示す全体構成図である。

【図１０】本発明の第４の実施例による回動角検出装置
に用いるマグネットおよび各磁極片部の配置関係を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ３ シャフト（回動軸） ４，３１，４４，５１ マグネット ５，４１，５２ 第１の磁極片部 ６，４２，５３ 第２の磁極片部 ７，４３，５４ 第３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） 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 マグネットの一方の磁極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、周方向にそれぞれ
   一定の角度をもって延びる第１，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、 前記マグネットの他方の磁極と対向するように該回動手
   段の周方向に延び前記第１，第２の磁極片部から離間し
   て配設された第３の磁極片部と、 前記第１の磁極片部と第３の磁極片部との間で前記マグ
   ネットによる磁気信号を 前記第１の磁極片部とマグネッ
   トとの対向面積に対応した第１の信号として出力する第
   １の信号出力手段と、 前記第２の磁極片部と第３の磁極片部との間で前記マグ
   ネットによる磁気信号を前記第２の磁極片部とマグネッ
   トとの対向面積に対応した第２の信号として出力する第
   ２の信号出力手段とにより 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および第３の各磁極
   片部は、該回動軸を中心とする同心円上にそれぞれ配設
   してなる請求項１に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に記載の回動角検出装
   置。