JP5400571B2 - 回転シャフトに組み立てるための角度位置センサ - Google Patents

Description

本発明は、機構の支持構造にガイドされる回転シャフト上に組み立てるための角度位置センサに関し、特に回転シャフトの支持構造に対する角度を検出する装置に関する。

特許文献１は、回転シャフトの回転を検出するセンサを開示する。このセンサは結合用の環状部材を有する。この環状部材は回転シャフトにソケット構造により結合される。前記環状部材はピニオンに結合するノッチ付きの構造を具備する。このピニオンに環状部材が角度位置サンサの回転を伝達する。センサは第１キャビティと第２キャビティとを有する。第１キャビティは環状部材を収納する貫通口を具備する。第２キャビティ内には角度位置サンサが配置される。この構成においては、環状部材のピニオンに対する正確な位置決めを確保してその動作を保証しなければならない不具合点がある。

特許文献２は、貫通口と磁界センサに関連する２個の非対称の極性部品を具備する角度位置サンサを開示する。この角度位置サンサは磁性リングを使用する。この磁性リングは回転シャフトに同軸に結合される。この回転シャフトは、前記の磁性リングと共に角度位置サンサのケーシングのキャビティ内に貫通して配置される。このセンサは２個の極性部品を有する。この極性部品は磁性リングの周囲を少なくとも部分的に伸びる。このセンサの特性とその構成要素は、複雑で非常に精密な調整を必要とする不具合点がある。

米国特許第７３７８８４８号明細書 ヨーロッパ特許出願第８５００９４号明細書 米国特許第６１８８２１６号明細書 国際公開パンフレット第ＷＯ０７／０５７５６３号公報

特許文献３は、回転シャフトの非接触型の角度位置サンサを開示する。この角度位置サンサはキャビティの付いたケーシングと磁界センサとを有する。このケーシングは極性組み立て台を収納する。この極性組み立て台はシャフトに直接固定される単磁体に固定される半円形の磁石により形成される。このセンサの特徴は２個の磁石を使用する点にあるが、この２個の磁石は、正確な距離で離れて配置し単磁体状に結合する必要があり、これにより組み立て上の制約がかかる不具合点がある。

本発明の目的は上記の従来技術の欠点を解決することである。本発明は、回転シャフト上の組み立てを行う角度位置サンサを提供する。この回転シャフトは支持構造に回転可能にガイドされる。

支持構造物に回転可能にガイドされ回転するシャフト上に組み立てる角度位置センサは、環状部材と支持部材とを有する。前記環状部材は、内側表面とハウジングとを有する。前記内側表面は、前記回転シャフトと嵌り込むことにより、前記回転シャフトと相対的回転がないように結合される。前記ハウジング内に永久磁石が挿入される。前記支持部材は、貫通口とキャビティとアンカー構造とを有する。前記貫通口内を、前記回転シャフトと環状部材が貫通して伸び、前記貫通口は内側表面を有し、前記内側表面は、前記環状部材に対向し、前記環状部材と貫通口との間の相対的な回転と半径方向の動きが可能となる。前記キャビティは、前記貫通口に隣接して形成され、センサ装置を収納する。前記センサ装置は、前記回転シャフトが環状部材と一体になり前記支持構造に対し回転することにより、前記環状部材内の永久磁石により生成される磁界の変動を検出する。前記アンカー構造により、前記支持部材が、固定構造に結合される。

前記支持部材は、第１と第２の本体で構成される。前記第１と第２の本体は、互いに取り付けられて、それぞれ開口を具備する。前記開口は、内側表面と保持構造共に環状部材の開口を規定する。前記保持構造は、環状部材の保持表面と共働して、前記環状部材の前記支持部材に対する軸方向の動きを制限する。
前記第１本体と環状部材との間に、第１弾性ガスケットが配置され、前記第２本体と環状部材との間に、第２弾性ガスケットが配置される。斯くして塵や埃等の粒子が隙間からはいるのを阻止し、環状部材と貫通口の間の相対的な動きを阻止する。

上記の構成により、本発明の角度位置サンサは、機械的な要素例えばベアリング等を具備しなくても、環状部材と開口の間の回転を正確にガイドできる。支持部材の穴が同時に軸方向と半径方向の間の相対的な移動（ずれ）を制限する。これは永久磁石を搭載する環状部材が回転シャフトに固定されているためである。この為に、回転シャフトと支持構造の間に具備されるガイド部材を使用する。かくして本発明の角度位置サンサは、単純且つコストの安い構造を有しながら且つ正確且つ信頼性のある操作が可能となる。

更に本発明の角度位置サンサの構造は、センサが極めて小型で且つ搭載が容易となる利点がある。これにより、回転シャフトの単磁構造の自由な領域を使用する搭載方法により、センサそのものが衝撃や上記の構造による衝撃から保護される利点がある。

本発明による角度位置センサの上面斜視図。 本発明による角度位置センサの裏面斜視図。 本発明の角度位置サンサの部分を形成する環状部材の斜視図で、永久磁石が環状部材のハウジング内に挿入されようとしている状態を表す図。 本発明の角度位置サンサの第１切断面に沿った切断斜視図。 本発明の角度位置サンサの第２切断面（第１切断面とは異なる面）に沿った切断斜視図。 図５のＶＩの拡大詳細図。

本発明は、自動車で使用されるペダルのような機構の支持構造に対し回転可能に支持されるシャフトの角度位置を検出する角度位置センサに関する。

図を参照して、本発明の一実施例による角度位置センサは、環状部材１０（図３に示す）を有する。環状部材１０は、内側表面１１を有する。内側表面１１は、前記回転シャフト（図示せず）にソケット構造により結合され、それ等の間の相対的な移動を無くす。環状部材１０は、ハウジング１２を有する。ハウジング１２内に永久磁石４０が挿入される。本発明の角度位置サンサは、支持部材６０を有する。支持部材６０は貫通口２１，３１（図４−６に示す）を具備する。支持部材６０を貫通して回転シャフト（図示せず）が伸び、環状部材１０が回転シャフトに結合される。貫通口２１，３１は、内側表面２２，３２を有する。この内側表面２２，３２は、環状部材１０に近接しそれに対向している。それ等の間には十分な「半径方向の隙間」があり、支持部材６０と支持部材６０との間の相対的な回転が可能となる。支持部材６０は、貫通口２１，３１に隣接してキャビティ２４を有する。キャビティ２４はセンサ装置５０を収納する。センサ装置５０は磁界の変動を検出する。この磁界の変動は、前記支持部材６０に対し環状部材１０が回転することにより引き起こされる。このセンサ装置５０は、従来公知で、特許文献４にその一例が開示されている。磁気センサ装置５０は、少なくとも２個の感磁性部材と処理回路を有する。処理回路は、環状部材１０に一体に組み込まれた永久磁石４０の絶対位置の関数である信号を発信する。この構成により、センサ装置５０は、軸方向位置の許容範囲内にある永久磁石４０の角度位置の変化と、永久磁石４０とセンサ装置５０との間の半径方向の位置の変化とを検出する。上記の「半径方向の隙間」は、前記許容範囲内にある。支持部材６０とアンカー構造２５は一体化されている。このアンカー構造２５を貫通して支持部材６０が他の支持構造（図示せず）に固定されるか、或いは回転シャフトに対し他の固定構造にネジ等の手段で固定される。別の構成として、支持部材６０は複数の支持構造物を具備してもよい。これ等の構造物の１つは、環状部材１０に近接し、それに対向する貫通口２１，３１の内側表面２２，３２により半径方向に保持される。この環状部材１０は、回転シャフトに固定され、支持構造に対し適宜ガイドされる。

この実施例に於いては、支持部材６０は、第１本体２０と第２本体３０で構成される。この第２本体３０は、カバーとして機能し、第１本体２０に取り付けられる。第１本体２０と第２本体３０の取付手段は、第２本体３０に形成されたフック形状の先端を有する弾性ピン３４を第１本体２０に形成されたカップリング構造２７に押しつけて嵌めあうことにより行われる。第１本体２０と第２本体３０は、それぞれ貫通口２１，３１を具備する。この貫通口２１，３１は、一体となって支持部材６０の貫通口を形成する。貫通口２１，３１はそれぞれ内側表面２２，３２を有する。この内側表面２２，３２は、一体となって前記貫通口の内側表面を形成する。この貫通口は環状部材１０の周囲に配置される。第１本体２０と第２本体３０は更に保持構造２３，３３を有する。保持構造２３，３３は、環状部材１０の保持表面１３ａ，１３ｂと共に働き、その軸方向の相対的移動と軸方向の隙間をセンサ装置５０により許容される許容範囲内に制限する。支持部材６０の保持構造２３，３３は、第１本体２０と第２本体３０の内側表面２２，３２から内側に伸びる突起上に形成される。環状部材１０の保持表面１３ａ，１３ｂはリブ１５に形成される。このリブ１５は、環状部材１０の外側回転表面１６から半径方向外側に伸びる。支持部材６０の保持構造２３，３３と環状部材１０の保持表面１３ａ，１３ｂの間の調整は、高い機械的な精度を必要としない。その理由は、軸方向の相対位置は、センサの適正な操作を或る範囲内に押さえる決定的ファクタではないからである。

図６において、この実施例に於いて、第１本体２０と環状部材１０の間に、第１弾性ガスケット４１ａが配置される。第２本体３０と環状部材１０の間に、第２弾性ガスケット４１ｂが配置される。環状部材１０は座部１７ａ，１７ｂをその中に形成する。この座部１７ａ，１７ｂに第１弾性ガスケット４１ａと第２弾性ガスケット４１ｂが配置される。この第１弾性ガスケット４１ａと第２弾性ガスケット４１ｂは、環状部材１０と支持部材６０の貫通口の間の半径方向と軸方向の隙間をシールするよう機能し、その弾性特性の為に、軸方向と半径方向の相対的な動きを阻止する。環状部材１０と支持部材６０の開口２１，３１の間の隙間（クリアランス）は、十分大きく、その相対的回転が容易となり、２つの部品の間の正確且つ長期にわたる機械的な調整を必要としない。それ故に環状部材１０と支持部材６０の開口２１，３１の間の軸方向と半径方向の正確な相対的移動量の制限と、回転をガイドする複雑且つ高価な機械的解決手段が不要となる。この為、回転シャフトを支持構造に対し正確にガイドすることが、本発明の角度位置サンサの正確な操作の決定的事項となる。その結果、正確なガイド手段は、本発明の角度位置サンサでは２つは必要とされず、その結果本発明の角度位置サンサは大幅に単純化され、よりコスト−効果の高い構造となる。

図３に示すように、環状部材１０のハウジング１２は、円周方向にアーク形状の細長い溝の形状をしている。このハウジング１２は、回転シャフトに直交する環状部材１０の端部表面１４で開放状態にあり、その中に永久磁石４０を収納する。この永久磁石４０は上記の溝と適合するような形状を有している。永久磁石４０は、ハウジング１２に例えばフィット或いは接着剤により固定される。別の構成として、ハウジング１２は、複数個の溝或いは１個の環状の溝を有し、完全にリング形状の永久磁石を収納するようにしてもよい。リブ１５は、環状部材１０の外側回転表面１６から半径方向外側に伸びる。リブ１５は、円周方向にアーク形状をし、端部表面１８を有する。この端部表面１８は、第１本体２０，第２本体３０の少なくとも一方に形成された停止部材（図示せず）とぶつかり、環状部材１０の支持部材６０に対する回転を制限する。別の構成として、リブ１５は完全な円周をカバーするか、或いは支持部材６０の停止部材を省くこともできる。

センサ装置５０は、支持部材６０のキャビティ２４内に配置され、外側からアクセスできる接続ピン５１に連結されている。この実施例に於いては、センサ装置５０を収納するキャビティ２４は、第１本体２０に形成された開放キャビティであり、接続ピン５１は外側からアクセスできるコネクタ５２と一体に形成される。他の実施例に於いては（図示せず）、センサ装置５０を収納するキャビティ２４は、第１本体２０と第２本体３０により形成された閉鎖キャビティであり、接続ピン５１は、第１本体２０と第２本体３０の一方に形成された開口を通るキャビティ２４から突出する。他のセンサ装置５０の接続方法は、当業者には容易に想到できる。

本発明の他の実施例（図示せず）に於いては、第１本体２０と第２本体３０は、弾性ピン３４とカップリング構造２７の代わりに、ネジの手段で固定することもできる。この為、第１本体２０と第２本体３０の少なくとも一方が開口を有し、この開口が、第１本体２０と第２本体３０の他方に形成されたネジ付きの開口に対向する。これにより第１本体２０と第２本体３０をネジ部材で連結できる。

本発明の変形として、永久磁石４０を環状部材１０内にモールドすることもできる。は第１本体２０と第２本体３０を熱溶接等で結合することもできる。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

１０ 環状部材
１１ 内側表面
１２ ハウジング
１３ａ，１３ｂ 保持表面
１６ 外側回転表面
１７ａ，１７ｂ 座部
２０ 第１本体
２１，３１ 開口
２２，３２ 内側表面
２３，３３ 保持構造
２４ キャビティ
２５ アンカー構造
２７ カップリング構造
３０ 第２本体
３４ フックの先端を有する弾性ピン
４０ 永久磁石
４１ａ 第１弾性ガスケット
４１ｂ 第２弾性ガスケット
５０ センサ装置
６０ 支持部材

Claims (13)

1. 支持構造物に回転可能にガイドされ回転する回転シャフト上に組み立てられる角度位置センサにおいて、
   （Ａ）環状部材（１０）と、
   （Ｂ）支持部材（６０）と
   を有し、
   前記環状部材（１０）は、内側表面（１１）とハウジング（１２）とを有し、
   前記内側表面（１１）は、前記回転シャフトと嵌り込むことにより、前記回転シャフトと相対的回転がないように結合され、
   前記ハウジング（１２）内に永久磁石（４０）が挿入され、
   前記支持部材（６０）は、
   （Ｂ１）貫通口（２１，３１）と、
   （Ｂ２）キャビティ（２４）と、
   （Ｂ３）アンカー構造（２５）と、
   を有し、
   前記貫通口（２１，３１）内を、前記回転シャフトと環状部材（１０）が貫通して伸び、前記貫通口（２１，３１）は内側表面（２２，３２）を有し、前記内側表面（２２，３２）は、前記環状部材（１０）に対向し、前記環状部材と貫通口との間の相対的な回転と半径方向の動きが可能となり、
   前記キャビティ（２４）は、前記貫通口（２１，３１）に隣接して形成され、センサ装置（５０）を収納し、
   前記センサ装置（５０）は、前記回転シャフトが環状部材（１０）と一体になり、前記支持構造（６０）に対し回転することにより、前記環状部材（１０）内の永久磁石（４０）により生成される磁界の変動を検出し、
   前記アンカー構造（２５）により、前記支持部材（６０）が、他の固定構造に結合され、
   前記支持部材（６０）は、第１と第２の本体（２０，３０）で構成され、
   前記第１と第２の本体（２０，３０）は、互いに取り付けられて、それぞれ開口（２１，３１）を具備し、
   前記開口（２１，３１）は、内側表面（２２，３２）と保持構造（２３，３３）と共に環状部材（１０）の開口を規定し、
   前記保持構造（２３，３３）は、前記環状部材（１０）の保持表面（１３ａ，１３ｂ）と共働して、前記環状部材（１０）の前記支持部材（６０）に対する軸方向の動きを制限し、
   前記第１本体（２０）と前記環状部材（１０）との間に、第１弾性ガスケット（４１ａ）が配置され、
   前記第２本体（３０）と前記環状部材（１０）との間に、第２弾性ガスケット（４１ｂ）が配置される
   ことを特徴とする回転シャフト上に組み立てるための角度位置センサ。
2. 前記環状部材（１０）は、その中に座部（１７ａ，１７ｂ）を有し、
   前記座部（１７ａ，１７ｂ）に、前記第１弾性ガスケット（４１ａ）と第２弾性ガスケット（４１ｂ）が配置される
   ことを特徴とする請求項１記載の角度位置センサ。
3. 前記環状部材（１０）内のハウジング（１２）は、円周方向にアーク形状の細長い溝を形成し、
   前記細長い溝は、回転シャフトに直交する環状部材（１０）の端部表面（１４）で解放されており、その中に永久磁石（４０）を収納し、
   前記永久磁石（４０）は、前記細長い溝の形状に嵌る形状をしており、フィット或いは接着で前記細長い溝内に固定される
   ことを特徴とする請求項１−２のいずれかに記載の角度位置センサ。
4. 前記環状部材（１０）の保持表面（１３ａ，１３ｂ）は、前記環状部材（１０）の外側回転表面（１６）から外側半径方向に伸びるリブ（１５）に形成される
   ことを特徴とする請求項１−２のいずれかに記載の角度位置センサ。
5. 前記リブ（１５）は、円周方向にアーク形状の端部表面（１８）を有し、
   前記端部表面（１８）は、前記第１本体（２０）と第２本体（３０）の少なくとも一方に形成された停止部分と当たる
   ことを特徴とする請求項４記載の角度位置センサ。
6. 前記センサ装置（５０）は、接続ピン（５１）と連結する
   ことを特徴とする請求項１−２のいずれかに記載の角度位置センサ。
7. 前記センサ装置（５０）を収納するキャビティ（２４）は、開放状態にあり、
   前記接続ピン（５１）は、外部からアクセス可能なコネクタ（５２）と一体である
   ことを特徴とする請求項６記載の角度位置センサ。
8. 前記センサ装置（５０）を収納するキャビティ（２４）は、前記第１本体（２０）と第２本体（３０）で閉鎖されており、
   前記接続ピン（５１）は、前記第１本体（２０）と第２本体（３０）の少なくとも一方を介して、前記キャビティ（２４）から突出する
   ことを特徴とする請求項６記載の角度位置センサ。
9. 前記センサ装置（５０）は、複数個の感磁部材と処理回路とを有し、
   前記処理回路は、信号を発信し、前記信号は、前記環状部材（１０）に組み込まれた永久磁石（４０）の絶対位置を示す
   ことを特徴とする請求項１記載の角度位置センサ。
10. 前記環状部材（１０）は、回転シャフトに、中間部品或いはカップリングで結合されている
    ことを特徴とする請求項１記載の角度位置センサ。
11. 前記第１本体（２０）と第２本体（３０）の一方は、その中にフックの先端を有する弾性ピン（３４）を形成し、
    前記第１本体（２０）と第２本体（３０）の他方は、前記弾性ピン（３４）に対応するカップリング構造（２７）を有し、
    前記弾性ピン（３４）とカップリング構造（２７）が手動で連結される
    ことを特徴とする請求項１−２のいずれかに記載の角度位置センサ。
12. 前記第１本体（２０）と第２本体（３０）の一方は、貫通口を有し、
    前記第１本体（２０）と第２本体（３０）の他方は、ネジ孔を有し、
    前記貫通口とネジ孔が、ネジ部材で連結される
    ことを特徴とする請求項１−２のいずれかに記載の角度位置センサ。
13. 前記センサ装置（５０）と前記環状部材（１０）内の永久磁石（４０）との間に許容される誤差は、最大相対移動の許容範囲内にある
    ことを特徴とする請求項１記載の角度位置センサ。

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