JP4249758B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、磁束の方位の変化を検出することで回転体の回転角を検出する非接触センサを備えた回転角検出装置に関するものである。

従来、スロットルバルブの回転角度を検出する回転角検出装置として、回転体に固定される永久磁石と、この永久磁石のＳ極側に端面が固定された第１のヨークと、前記永久磁石のＮ極側に端面が固定されているとともに先端部が前記第１のヨークの先端部と対面した第２のヨークと、前記第１のヨークの前記先端部と前記第２のヨークの前記先端部との間に形成された空隙に配置しているとともに非回転体に固定される非接触センサとを備え、前記非接触センサが前記空隙において前記永久磁石で生じた磁束の方位の変化を検出することで、前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置が知られている。

特開２００５−２３３７６８号公報

しかしながら、上記回転角検出装置では、非接触センサは、周囲の一部が第１のヨーク及び第２のヨークで囲まれているだけなので、空間を伝播する電磁波が前記空隙の磁束に悪影響を与え、非接触センサからの出力信号が不安定になる等の問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、外部からのノイズの影響が低減される等の回転角検出装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回転角検出装置は、磁性材料からなるヨーク及び対向して配置されているとともに同方向に磁極を揃えた一対の永久磁石とから構成され、内部空間に同方向に磁束が流れる筒形状の磁気回路と、前記内部空間に配置された非接触センサと、前記磁気回路に設けられ、外部から磁気回路の内部空間に少なくとも電界が侵入するのを防止するシールド部材とを備え、前記シールド部材は、前記回転体と一体のレバーを介して端部をかしめ加工することで前記磁気回路と一体化され、前記非接触センサは、回転体に取り付けられる前記磁気回路の回転に伴い前記磁束の方位の変化を検出するようになっている。
また、この発明に係る回転角検出装置は、磁性材料からなるヨーク及び対向して配置されているとともに同方向に磁極を揃えた一対の永久磁石とから構成され、内部空間に同方向に磁束が流れる筒形状の磁気回路と、前記内部空間に配置された非接触センサと、前記磁気回路に設けられ、外部から磁気回路の内部空間に少なくとも電界が侵入するのを防止するシールド部材とを備え、前記永久磁石は、前記磁気回路を周方向に沿って切断したときの断面形状が、径方向内側が外側より寸法が短い台形形状であり、前記非接触センサは、回転体に取り付けられる前記磁気回路の回転に伴い前記磁束の方位の変化を検出することで、回転体の回転角を検出するようになっている。

この発明に係る回転角検出装置によれば、外部からのノイズの影響が低減される等の効果がある。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の回転角検出装置が組み込まれたエンジン用吸気制御装置１（以下、吸気制御装置と呼ぶ）の正面図、図２は図１の正断面図である。
この吸気制御装置１では、直流電流により駆動する駆動モータ１２の軸に平歯車１１が固定されている。この平歯車１１には樹脂製の減速歯車１０が歯合している。この減速歯車１０は、扇形形状で樹脂製のスロットル歯車９が歯合している。このスロットル歯車９には、非磁性材料で構成されカップ状の有底部材１３が埋設されている。
この有底部材１３の内側には、ほぼ円筒形状の磁気回路６及びこの磁気回路６の外周壁面を覆ったシールド部材３１が設けられている。
この磁気回路６、シールド部材３１及び有底部材１３は、インサート成形によりスロットル歯車９と一体化されている。有底部材１３は、回転体であるシャフト４の端部に固定されている。このシャフト４は、吸気通路が形成されたボディ２に対して第１の軸受１４ａ、第２の軸受１４ｂを介して回転自在に支持されている。シャフト４には絞り弁３が固定されている。この絞り弁３は、スロットル歯車９を介して伝達されたスプリング５の弾性力により、常に吸気通路を閉じる方向に付勢されている。

ボディ２の片面側には、平歯車１１、減速歯車１０及びスロットル歯車９を覆ったカバー７が設けられている。このカバー７には、磁気回路６とともに回転角検出装置を構成する、非接触センサ３０がインサート成形により一体化されている。

上記磁気回路６は、図３に示すように、磁性材料からなり対向した一対の第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３と、例えば第１のヨーク部２２の両端面側がＮ極、第２のヨーク部２３の両端面側がＳ極になるように配置された、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１とから構成されている。
第１のヨーク部２２及び第２のヨーク部２３は、同一半円形状である。また、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１も同一形状である。
また、上記シールド部材３１は、磁性導電材料の例えば炭素鋼で構成されており、外部から磁気回路６の内部空間に電磁波が侵入するのを防止している。
シールド部材３１の有底部材１３側の端部には、第１のヨーク部２２及び第２のヨーク部２３側に折り曲げられたかしめ部３１ａが周方向に等分間隔で形成されている。
シールド部材３１のかしめ部３１ａを第１のヨーク部２２及び第２のヨーク部２３側に折り曲げ、かしめることで、シールド部材３１と磁気回路６とは一体化される。このものは、有底部材１３に嵌入され、インサート成形されることで、有底部材１３と一体化される。

非接触センサ３０は、シャフト４の軸線上であって、また磁気回路６の内部空間の中心線上に設けられている。また、非接触センサ３０の全体は、シールド部材３１で囲まれている。
非接触センサ３０は、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１からの磁束の方向を検出してシャフト４の回転角を検出する磁気抵抗素子が内蔵された磁気検出部と、第１の磁気検出部からの出力信号を演算処理する出力演算部とから構成されている。

上記構成の吸気制御装置では、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度センサ（図示せず）からのアクセル開度信号がエンジン制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）に入力される。ＥＣＵでは絞り弁３が所定の開度となるように駆動モータ１２に通電し、駆動モータ１２の軸が回転する。そして、軸と共に平歯車１１、減速歯車１０、スロットル歯車９が回転する。これにより、スロットル歯車９と一体のシャフト４が所定の回転角度だけ回転し、ボディ２に形成された吸気通路内において絞り弁３は所定の回転角度に保持される。

一方、磁束方位検出型である非接触センサ３０では、磁気検出部がシャフト４と一体に回転する第１の永久磁石２０、第２の永久磁石２１からの磁力線の方位を検出する。そして、磁気検出部からの出力信号が出力演算部で演算処理された後、ＥＣＵに絞り弁３の開度信号として送られる。この開度信号によってＥＣＵはどれだけ燃料をシリンダ内に噴射するかを判断する。

上記構成の吸気制御装置１の回転角検出装置では、第１の永久磁石２０から発生する磁束は、図３の矢印Ａの方向に、即ち第１の永久磁石２０のＮ極、第１のヨーク部２２、内部空間、非接触センサ３０、第２のヨーク部２３及び第１の永久磁石２０のＳ極により形成された磁気経路に沿って流れる。
また、第２の永久磁石２１から発生する磁束は、図３の矢印Ｂの方向に、即ち第２の永久磁石２１のＮ極、第１のヨーク部２２、内部空間、非接触センサ３０、第２のヨーク部
２３及び第２の永久磁石２１のＳ極により形成された磁気経路に沿って流れる。

このようにして、磁気回路３０の内部空間では、第１の永久磁石２０、第２の永久磁石２１で発生する磁力線は互いに平行に流れており、非接触センサ３０には、この平行な磁力線が通過している。
磁力線の回転範囲は、絞り弁３が全閉である０°から全開である９０°の範囲であり、この範囲では、非接触センサ３０は、絞り弁３の回転角度に対してそれぞれリニアリティに応答する。

以上説明したように、この実施の形態による回転角検出装置によれば、磁気回路６の外周は、磁性導電材料で構成されたシールド部材３１で覆われているので、透磁率が空気に近い永久磁石２０、２１を通じて電磁波ノイズが磁気回路６の内部空間に侵入するのを防止することができ、非接触センサ３０の誤作動を防ぎ、出力信号の安定化を図ることができる。
また、非接触センサ３０の全体は、シールド部材３１で囲まれているので、電磁波ノイズが磁気回路６の内部空間に侵入するのがより防止され、出力信号のより安定化を図ることができる。

なお、シールド部材３１を例えばアルミニウム等の非磁性導電材料で構成してもよい。
この場合には、シールド部材３１は、外部からの磁界が磁気回路３０の内部空間に侵入するのを防止できないものの、磁気的なエアギャップとして作用し、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３に沿って流れる永久磁石２０、２１からの磁界が外部に漏れるのを低減させることができる。
従って、シールド部材３１の厚みを適宜厚くすることで、磁気回路６から有底部材１３への磁気漏れを低減させることができ、有底部材１３を敢えて高価な非磁性材料で構成する必要はなく、安価で加工性が良好な低炭素鋼等を用いることができるという効果がある。

また、シールド部材３１のかしめ部３１ａを利用して、シールド部材３１と磁気回路６とは一体化され、このものは、有底部材１３に嵌入し、金型内で位置決めされて、インサート成形されることで有底部材１３とともに一体化されている。
従って、有底部材１３とともに、シールド部材３１及び磁気回路６は、樹脂材で簡単に一体成形されるとともに、スロットル歯車９も同時に形成される。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２における回転角検出装置における、外周壁面をシールド部材３１で覆った磁気回路６Ａを示す平面図である。
この実施の形態では、永久磁石２０Ａ、２１Ａは、磁気回路６Ａを周方向に沿って切断したときの断面形状が、径方向内側が外側より寸法が短い台形形状である。
また、第１のヨーク部２２Ａ、第２のヨーク部２３Ａのそれぞれの端面が、永久磁石２０Ａ、２１Ａの両端面と当接するように、傾斜している。
他の構成、実施の形態１と同じである。

この実施の形態では、実施の形態１の永久磁石２０、２１と同等の磁力特性を確保するために、同等の体積である永久磁石２０Ａ、２１Ａを用いた場合、永久磁石２０Ａ、２１Ａの内径側が外径側と比較して寸法が短い。
従って、透磁率が空気に近い永久磁石２０Ａ、２１Ａを通じて磁界ノイズが磁気回路６Ａの内部空間に侵入する通路が狭くなり、磁気回路６Ａ内への磁界ノイズの侵入をより防止することができる。
また、このものの場合、インサート成形時に、永久磁石２０Ａ、２１Ａが内径側へ移動するのは、第１のヨーク部２２Ａ、第２のヨーク部２３Ａの傾斜した端面で阻止され、インサート成形時における永久磁石２０Ａ、２１Ａの位置ずれは防止される。
その他の効果は、実施の形態１と同じである。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３における回転角検出装置の要部断面図である。
この実施の形態では、シールド部材３１Ａが磁気回路６Ｂの内径側に配置されている。非磁性導電材料で構成されたシールド部材３１Ａは、両端部に周方向に間隔をおいて形成されたかしめ部３１Ａａがかしめ加工されて、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３と一体化されている。
また、シャフト４側のかしめ部３１Ａａは、スロットルレバー４０に形成された複数の孔４０ａを貫通した後かしめ加工されており、シールド部材３１Ａと一体化された磁気回路６Ｂは、スロットルレバー４０と一体化されている。
このスロットルレバー４０は金属製で、端部に扇形のスロットル歯車５０が形成されている。
なお、このシールド部材３１Ａは、非磁性導電材料で構成されており、電界をシールドするものの、磁界は通過するので、永久磁石２０、２１により生じた磁気回路６Ｂの内部空間の磁力線の流れが、シールド部材３１Ａにより阻害されるようなことはない。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

この実施の形態では、実施の形態１、２のように、有底部材１３とともに、シールド部材３１及び磁気回路６、６Ａを樹脂により一体化するインサート成形する工程が不要となる。

なお、この発明に係る回転角検出装置は、絞り弁の開度を検出するエンジン用吸気制御装置以外の各種の回転体の回転角を検出する装置にも適用することができるのは勿論である。
また、磁気回路は、対向して形成された一対の切欠き部を有したヨークと、この切欠き部に嵌着された永久磁石とから構成されていてもよい。
また、シールド部材３１については、磁気回路６、６Ａ、６Ｂの周壁面の全周を覆うことなく、透磁率が空気に近い永久磁石２０Ａ、２１Ａの全面のみを覆ってもよい。

この発明の実施の形態１における回転角検出装置が組み込まれたエンジン用吸気制御装置の正面図である。 図１の正断面図である。 図２に示された、周囲がシールド部材で覆われた磁気回路の平面図である。 図２の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２の回転角検出装置における、周囲がシールド部材で覆われた磁気回路の平面図である。 この発明の実施の形態３の回転角検出装置の要部断面図である。

符号の説明

２ ボディ、３ 絞り弁、４ シャフト、６，６Ａ，６Ｂ 磁気回路、１３ 有底部材、２０，２０Ａ 第１の永久磁石、２１，２１Ａ 第２の永久磁石、２２，２２Ａ 第１のヨーク部、２３，２３Ａ 第２のヨーク部、３０ 非接触センサ、３１，３１Ａ シールド部材、３１ａ，３１Ａａ かしめ部、４０ スロットルレバー、４０ａ 孔。

Claims (5)

1. 磁性材料からなるヨーク及び対向して配置されているとともに同方向に磁極を揃えた一対の永久磁石とから構成され、内部空間に同方向に磁束が流れる筒形状の磁気回路と、
   前記内部空間に配置された非接触センサと、
   前記磁気回路に設けられ、外部から磁気回路の内部空間に少なくとも電界が侵入するのを防止するシールド部材とを備え、
   前記シールド部材は、前記回転体と一体のレバーを介して端部をかしめ加工することで前記磁気回路と一体化され、
   前記非接触センサは、回転体に取り付けられる前記磁気回路の回転に伴い前記磁束の方位の変化を検出することで、回転体の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。
2. 磁性材料からなるヨーク及び対向して配置されているとともに同方向に磁極を揃えた一対の永久磁石とから構成され、内部空間に同方向に磁束が流れる筒形状の磁気回路と、
   前記内部空間に配置された非接触センサと、
   前記磁気回路に設けられ、外部から磁気回路の内部空間に少なくとも電界が侵入するのを防止するシールド部材とを備え、
   前記永久磁石は、前記磁気回路を周方向に沿って切断したときの断面形状が、径方向内側が外側より寸法が短い台形形状であり、
   前記非接触センサは、回転体に取り付けられる前記磁気回路の回転に伴い前記磁束の方位の変化を検出することで、回転体の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。
3. 前記磁気回路の内周面を覆った前記シールド部材は、磁界が通過し、前記電界をシールドする非磁性導電材料で構成されている請求項１または２に記載の回転角検出装置。
4. 前記非接触センサの全体は、前記シールド部材で囲まれていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転角検出装置。
5. 前記シールド部材は、少なくとも前記永久磁石を覆っていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転角検出装置。

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