JP5765077B2 - 回転センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気により回転体の回転を検出する回転センサに関するものである。

従来より、車両用のＡＢＳセンサ等に用いられる回転センサがある（例えば、特許文献１，２参照）。

図５に示すように、従来の回転センサ５１は、回転体１０と一体に回転するように回転体１０に取り付けられ、周方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に着磁された円環状の着磁部１１を有する回転子（磁気エンコーダ）１２と、回転子１２の回転による磁気の変化を検出する磁気検出素子１３を有し、磁気検出素子１３の出力を基に、回転体１０の回転を検出する磁気センサ１４と、を備えている。

この回転センサ５１では、磁気センサ１４は、回転体１０を軸支する軸受１５に取り付けられたナックル１６に固定されている。ナックル１６には、磁気センサ１４を挿入するための挿入孔１７が形成されており、磁気センサ１４は、挿入孔１７に挿入された状態で、ボルト１８を用いてナックル１６に固定される。

磁気センサ１４の先端部には、磁気検出素子１３が設けられており、磁気センサ１４を挿入孔１７に挿入すると、磁気検出素子１３が回転子１２の着磁部１１の近傍に対向配置されるようになっている。

このような回転センサ５１においては、磁気検出素子１３を設けた磁気センサ１４の先端部をいかに回転子１２（着磁部１１）に接近させるかが検出精度上重要である。

特開２０１０−３２２５０号公報 特開２００５−３７１３１号公報 特開平１０−１３２８３６号公報

ところで、ナックル１６の挿入孔１７の入口部１７ａから回転子１２までの距離は、ナックル１６の型により様々である。よって、磁気検出素子１３を回転子１２（着磁部１１）に接近させるためには、ナックル１６の型ごとに異なる挿入孔１７の入口部１７ａから回転子１２までの距離に応じて、様々な長さの磁気センサ１４が必要となり、ナックル１６の型ごとに専用の磁気センサ１４が必要となってしまうという問題があった。

すなわち、従来の回転センサ５１は、汎用性が低いという問題があった。

本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、汎用性の高い回転センサを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、回転体と一体に回転するように前記回転体に取り付けられ、周方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に着磁された円環状の着磁部を有する回転子と、前記回転子の回転による磁気の変化を検出する磁気検出素子を有し、該磁気検出素子の出力を基に、前記回転体の回転を検出する磁気センサと、を備えた回転センサにおいて、前記回転子の前記着磁部の近傍から前記磁気センサの前記磁気検出素子の近傍まで延びるように設けられ、前記着磁部の各磁極からの磁束を前記磁気検出素子に導く第１磁気誘導部材と、前記磁気検出素子を挟んで前記第１磁気誘導部材と対向するように設けられ、前記第１磁気誘導部材からの磁束が前記磁気検出素子を通過するよう導く第２磁気誘導部材とを備え、前記磁気検出素子は、２つの磁気検出部を有し、両磁気検出部の出力の差を差動出力として出力するように構成され、前記両磁気検出部に対応するように前記第１磁気誘導部材を２つ設けると共に、一方の前記第１磁気誘導部材が前記着磁部のＮ極またはＳ極の一方と対向するときに、他方の前記第１磁気誘導部材がＮ極またはＳ極の他方と対向するように構成され、前記両第１磁気誘導部材の前記着磁部と対向する部分の間隔を、前記着磁部のＮ極、Ｓ極の配置ピッチ以上とし、前記両第１磁気誘導部材と前記第２磁気誘導部材との間隔をａ、前記両第１磁気誘導部材の前記磁気検出素子と対向する部分の間隔をｂ、前記両磁気検出部の間隔をｃとしたとき、下式
ａ＜ｂ＜ｃ
の関係を満たす回転センサである。

前記第１磁気誘導部材および前記第２磁気誘導部材は、軟磁性体からなってもよい。

本発明によれば、汎用性の高い回転センサを提供できる。

（ａ）は、本実施の形態に係る回転センサの使用状態の一例を示す断面図であり、（ｂ）はその要部拡大図である。 （ａ），（ｂ）は、図１の回転センサにおける第１磁気誘導部材と着磁部の磁極の位置関係を説明する図である。 本発明において、２つの第１磁気誘導部材を、隣り合うＮ極とＳ極に対面するように近接して設けたときに形成される磁気回路を説明する図である。 本発明の変形例に係る回転センサの使用状態の一例を示す断面図である。 従来の回転センサの使用状態の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る回転センサの使用状態の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）はその要部拡大図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、回転センサ１は、回転体１０と一体に回転するように回転体１０に取り付けられ、周方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に着磁された円環状の着磁部１１を有する回転子１２と、回転子１２の回転による磁気の変化を検出する磁気検出素子１３を有し、磁気検出素子１３の出力を基に、回転体１０の回転を検出する磁気センサ１４と、を備えている。

回転子１２は、回転体１０に圧入される円筒状の筒部１９ａと、筒部１９ａの上端部から径方向外方に延びる鍔部１９ｂとからなる支持部材１９を備えており、その支持部材１９の鍔部１９ｂ上に、着磁部１１が形成されている。着磁部１１におけるＮ極とＳ極の周方向に沿った長さは、同じ長さとされる。

磁気センサ１４は、回転体１０を軸支する軸受１５に取り付けられたナックル１６に固定される。ナックル１６には、磁気センサ１４を挿入するための挿入孔１７が形成されており、磁気センサ１４は、挿入孔１７に挿入された状態で、ボルト１８を用いてナックル１６に固定される。

磁気センサ１４の先端部には、磁気検出素子１３が設けられている。磁気検出素子１３は、樹脂モールド２０に気密に覆われている。樹脂モールド２０としては、例えば、ＰＡ（ポリアミド）６１２、ナイロン６６、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を用いることができる。

本実施の形態に係る回転センサ１では、磁気センサ１４を挿入孔１７に挿入したとき、磁気検出素子１３が回転子１２の着磁部１１と対面しない位置に配置されるようになっている。つまり、本実施の形態では、図５で説明した従来の回転センサ５１よりも磁気センサ１４の長さが短く形成され、磁気検出素子１３が着磁部１１から離れた位置に配置されるようになっている。

さて、図１，２に示すように、本実施の形態に係る回転センサ１は、回転子１２の着磁部１１の近傍から磁気センサ１４の磁気検出素子１３の近傍まで延びるように設けられ、着磁部１１の各磁極からの磁束を磁気検出素子１３に導く第１磁気誘導部材２を備えている。また、本実施の形態に係る回転センサ１は、磁気検出素子１３を挟んで第１磁気誘導部材２と対向するように設けられ、第１磁気誘導部材２からの磁束が磁気検出素子１３を通過するよう導く第２磁気誘導部材３をさらに備えている。

第１磁気誘導部材２、第２磁気誘導部材３は、回転子１２の着磁部１１と磁気センサ１４の磁気検出素子１３との間の透磁率を上げ、磁気検出素子１３までの磁気回路（経路）を形成するためのものである。第１磁気誘導部材２、第２磁気誘導部材３としては、パーマロイなどの軟磁性体からなるものを用いるとよい。

本実施の形態では、磁気検出素子１３としてホール式のＩＣ（ホールＩＣという）を用いる。ホールＩＣは、磁気検出部であるホールプローブ１３ａを２つ有し、２つのホールプローブ１３ａの出力の差を差動出力として出力するように構成されている。

そのため、回転センサ１では、２つのホールプローブ１３ａに対応するように第１磁気誘導部材２を２つ設けると共に、一方の第１磁気誘導部材２ａが着磁部１１のＮ極またはＳ極の一方と対向するときに、他方の第１磁気誘導部材２ｂがＮ極またはＳ極の他方と対向するように構成した。図２（ａ），（ｂ）のように、一方の第１磁気誘導部材２ａがＮ極（またはＳ極）、他方の第１磁気誘導部材２ｂがＳ極（またはＮ極）に対向しているとき、磁気検出素子１３の差動出力が最大（または最小）になる。

２つの第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの着磁部１１と対向する部分の間隔（両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂ間の距離）は、着磁部１１のＮ極、Ｓ極の配置ピッチ以上とする。つまり、２つの第１磁気誘導部材２ａ，２ｂは、両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂ間にＮ極とＳ極を１ペア以上（図２では１ペア）挟むよう、離れた位置に配置する。

これは、２つの第１磁気誘導部材２ａ，２ｂを、隣り合うＮ極とＳ極に対面するように近接して設けると、図３に示すように、着磁部１１の周辺のみで閉じた磁気回路が形成されてしまい、磁気検出素子１３まで磁束を導けないためである。

２つの第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの磁気検出素子１３と対向する部分、すなわち着磁部１１と対向する側と反対側の端部は、樹脂モールド２０に形成された溝２１に差し込まれ、固定される。磁気検出素子１３であるホールＩＣは気密性が要求されるため、第１磁気誘導部材２ａ，２ｂを磁気検出素子１３に直接接触させることはできず、第１磁気誘導部材２ａ，２ｂは磁気検出素子１３から少し離れた位置に配置される。

第１磁気誘導部材２ａ，２ｂは、磁気検出部（ホールプローブ１３ａ）と対向するように配置する必要があるので、両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの磁気検出素子１３と対向する部分の間隔（両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂ間の距離）ｂは、両磁気検出部（ホールプローブ１３ａ）の間隔ｃよりも小さくする。なお、ここでいう間隔ｃとは、図２（ｂ）に示すように、ホールプローブ１３ａの中心の間隔のことである。

しかし、両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの磁気検出素子１３と対向する部分の間隔ｂを小さくすると、その部分で磁気回路が形成されてしまい、ホールプローブ１３ａに到達する磁束密度が小さくなってしまうという問題が生じる。

そこで、回転センサ１では、ホールプローブ１３ａに磁束を通過させるため、磁気検出素子１３を挟んで第１磁気誘導部材２ａ，２ｂと対向するように、第２磁気誘導部材３を設ける。第２磁気誘導部材３は、樹脂モールド２０中に埋め込まれる。そのため、第２磁気誘導部材３については、磁気検出素子１３であるホールＩＣの一面（図１では上側の面）と接触させ、磁気検出素子１３の直近に配置することができる。

両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂと第２磁気誘導部材３との間隔ａを、両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの磁気検出素子１３と対向する部分の間隔ｂよりも小さくすれば、第１磁気誘導部材２ａ（または２ｂ）→第２磁気誘導部材３→第１磁気誘導部材２ｂ（または２ａ）という磁気回路が形成され、ホールプローブ１３ａを通る磁気回路が形成されるため、磁気検出部であるホールプローブ１３ａに大きい磁束を通すことが可能になる。

両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの磁気検出素子１３と対向する部分の間隔ｂが、両磁気検出部（ホールプローブ１３ａ）の間隔ｃよりも小さく、かつ、両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂと第２磁気誘導部材３との間隔ａが、両第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの磁気検出素子１３と対向する部分の間隔ｂよりも小さいので、まとめると、本実施の形態に係る回転センサ１では、
ａ＜ｂ＜ｃ
の関係を満たしていることになる。このような関係を満たすことで、磁気検出素子１３を通過する磁束を増加させ検出精度を向上させることが可能となる。

なお、第１磁気誘導部材２ａ，２ｂの長さ（図１の左右方向での長さ）や形状等については、特に限定されるものではなく、回転体１０の形状やナックル１６の型等に応じて適宜変更することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る回転センサ１では、回転子１２の着磁部１１の近傍から磁気センサ１４の磁気検出素子１３の近傍まで延びるように設けられ、着磁部１１の各磁極からの磁束を磁気検出素子１３に導く第１磁気誘導部材２を備えている。

従来の回転センサでは、磁気検出素子１３が着磁部１１に対面するように磁気センサ１４を設計する必要があるため、ナックル１６の型ごとに専用の磁気センサ１４が必要となっていたが、本発明によれば、第１磁気誘導部材２により磁気回路を形成し、着磁部１１の各磁極からの磁束を磁気検出素子１３に導くことが可能となるため、磁気検出素子１３が着磁部１１から離れていてもセンシングが可能となる。

よって、ナックル１６の型が変わっても、ナックル１６の型に応じて第１磁気誘導部材２の形状を適宜変更するのみで対応が可能となり、磁気センサ１４を共用として汎用性を高めることが可能になる。

また、本実施の形態に係る回転センサ１では、磁気検出素子１３を挟んで第１磁気誘導部材２と対向するように設けられ、第１磁気誘導部材２からの磁束が磁気検出素子１３を通過するよう導く第２磁気誘導部材３を備えている。これにより、磁気検出部であるホールプローブ１３ａに磁束をより導くことが可能になる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、回転子１２として、支持部材１９の筒部１９ａを回転体１０に圧入し、鍔部１９ｂ上に着磁部１１を形成したものを用いたが、これに限らず、図４に示すように、回転体１０と一体に形成した円盤状の円盤部４２の周縁に、円環状の着磁部１１を形成した回転子４１を用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、一例として、ナックル１６に磁気センサ１４を固定する場合を説明したが、本発明の用途は車両用に限定されるものではない。

１ 回転センサ
２ 第１磁気誘導部材
３ 第２磁気誘導部材
１０ 回転体
１１ 着磁部
１２ 回転子
１３ 磁気検出素子
１４ 磁気センサ

Claims (2)

1. 回転体と一体に回転するように前記回転体に取り付けられ、周方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に着磁された円環状の着磁部を有する回転子と、
   前記回転子の回転による磁気の変化を検出する磁気検出素子を有し、該磁気検出素子の出力を基に、前記回転体の回転を検出する磁気センサと、
   を備えた回転センサにおいて、
   前記回転子の前記着磁部の近傍から前記磁気センサの前記磁気検出素子の近傍まで延びるように設けられ、前記着磁部の各磁極からの磁束を前記磁気検出素子に導く第１磁気誘導部材と、
   前記磁気検出素子を挟んで前記第１磁気誘導部材と対向するように設けられ、前記第１磁気誘導部材からの磁束が前記磁気検出素子を通過するよう導く第２磁気誘導部材とを備え、
   前記磁気検出素子は、２つの磁気検出部を有し、両磁気検出部の出力の差を差動出力として出力するように構成され、
   前記両磁気検出部に対応するように前記第１磁気誘導部材を２つ設けると共に、一方の前記第１磁気誘導部材が前記着磁部のＮ極またはＳ極の一方と対向するときに、他方の前記第１磁気誘導部材がＮ極またはＳ極の他方と対向するように構成され、
   前記両第１磁気誘導部材の前記着磁部と対向する部分の間隔を、前記着磁部のＮ極、Ｓ極の配置ピッチ以上とし、
   前記両第１磁気誘導部材と前記第２磁気誘導部材との間隔をａ、前記両第１磁気誘導部材の前記磁気検出素子と対向する部分の間隔をｂ、前記両磁気検出部の間隔をｃとしたとき、下式
   ａ＜ｂ＜ｃ
   の関係を満たす
   ことを特徴とする回転センサ。
2. 前記第１磁気誘導部材および前記第２磁気誘導部材は、軟磁性体からなる請求項１記載の回転センサ。