JP6134941B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、磁電変換素子と磁石を用いて、被検出体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
自動車のアクセル開度やスロットル開度等、被検出体の回転角を検出する回転角検出装置が知られている。この回転角検出装置は、例えば、回転するシャフトの端部に取り付けられ、シャフトとともに回転する磁石の磁場を、磁電変換素子により検出し、シャフトの回転角を得るものである。このような回転角検出装置には、磁石による磁場ではない外乱磁場の影響により、検出精度が低下するという問題があった。
この問題を解決するため、特許文献1では、磁電変換素子の周囲に、複数の磁石と、磁石と一体化され、磁石とともに筒状をなす磁性体(磁気シールド)と、を備えた回転角検出装置が提案されている。この磁気シールドは外乱磁場を遮蔽する機能を有する。
特開2007−114045号公報
ところで、特許文献1に提案されたような筒状の磁気シールドでは、磁気シールドの重心付近で外乱磁場が最小となる。すなわち、外乱磁場の影響を低減する観点から、磁気シールドの重心近傍に磁電変換素子を配置することが望ましい。しかしながら、中空とされた磁気シールドの内部空間に磁電変換素子を配置すると、磁電変換素子もしくは磁電変換素子が配置される基板の体格、形状、配線など、構造の自由度が、磁気シールドにより制限されるという問題がある。
特許文献1では、この自由度の制限を緩和するために、筒の開口端近傍に磁電変換素子を配置している。しかしながら、筒の開口端近傍では、外乱磁場を十分に遮蔽できないという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、磁電変換素子と磁石と磁気シールドとを有する回転角検出装置において、外乱磁場の影響によるノイズを抑制しつつ、磁電変換素子もしくは磁電変換素子が配置される基板の構造の自由度を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、
被検出体に取り付けられ、該被検出体の回転にともなって回転する磁石(12)と、該磁石の、回転による磁場の変化を検出する磁電変換素子(14)と、外乱磁場を遮断する磁気シールド(16)と、を有する回転角検出装置であって、
磁電変換素子と磁石とは、互いに離間しつつ対向配置され、磁気シールドは、第1磁気シールド(16a)と、第2磁気シールド(16b)と、を有し、
第1磁気シールドは、磁電変換素子と磁石の並び方向において、磁電変換素子の磁石との対向面(14a)よりも磁石側、且つ、磁石の少なくとも一部を囲むように配置され、
第2磁気シールドは、並び方向において、第1磁気シールドとの間に、所定のシールド間距離を有するとともに、磁電変換素子に対して、第1磁気シールドと反対側であって、磁石の回転により磁場が変化しない方向に、外乱磁場を整流するように配置されることを特徴としている。
この回転角検出装置は、特許文献1と同様に、磁気シールドとして、外乱磁場を遮蔽すべき領域を囲む第1磁気シールドを有している。第1磁気シールドは、磁石の少なくとも一部を囲むように配置されているため、第1磁気シールドの外部における、外乱磁場の磁路として働く。とくに、外乱磁場のうち、上記並び方向に略直交する成分を効率よく遮蔽することができる。本発明では、上述の第1磁気シールドに加えて、第2磁気シールドを有している。第2磁気シールドは、第1磁気シールドのうち、磁電変換素子が配置される側の開口端近傍における外乱磁場の磁路として機能する。具体的には、第2磁気シールドに侵入した磁場のうち、磁石と磁電変換素子の並び方向の成分は該方向に進む。また、並び方向に直交する成分は第2磁気シールドに沿って進む。すなわち、第2磁気シールドは、侵入した磁場を並び方向と並び方向に直交する成分とに分解する。換言すると、第2磁気シールドは、第2磁気シールドに侵入した磁場を並び方向に整流する。これにより、磁電変換素子が配置される側の開口端近傍の磁場が小さくされる。さらに、侵入磁場が整流されることにより、第2シールドから出た磁場の、並び方向の成分の一部は、第1磁気シールドに導かれやすい。したがって、第1磁気シールドと第2磁気シールドとの間の隙間に印加される外乱磁場を、第2磁気シールドがない構成に較べて小さくすることができる。
このように、第2磁気シールドを有していることにより、第1磁気シールドと第2磁気シールドの間における外乱磁場を抑制することができる。このため、本発明における、外乱磁場が最小となる位置は、第2磁気シールドを有さない従来構造に較べて、第1磁気シールドの重心よりも、第2磁気シールドが配置される側に偏る。具体的には、外乱磁場が最小となる位置は、第1磁気シールドと第2磁気シールドとの間の隙間の領域となる。したがって、磁電変換素子が第1磁気シールドに囲まれた領域よりも外側に配置させることができる。
とくに、第1磁気シールドは、磁電変換素子と磁石との対向領域の少なくとも一部を囲むように配置され、第2磁気シールドは、磁電変換素子の対向面と反対の面(14b)の全域に亘ってオーバーラップするように配置されると効果的である。
第1磁気シールドが磁電変換素子と磁石との対向領域の少なくとも一部を囲むことにより、磁電変換素子により近い空間の磁場を小さくすることができる。また、第2磁気シールドが磁電変換素子の対向面と反対の面の全域に亘ってオーバーラップする。これにより、少なくとも磁電変換素子が配置された空間においては、外乱磁場を、磁電変換素子の不感方向に整流することができる。したがって、第1磁気シールドと第2磁気シールドとの間の隙間に印加される外乱磁場を小さくすることができる。
上記したように、本発明では、外乱磁場を抑制しつつ、磁電変換素子の配置が容易となり、磁電変換素子もしくは磁電変換素子が配置される基板の構造の自由度を向上させることができる。
第1実施形態に係る回転角検出装置を含む、アクセル位置検出装置の概略構成を示す図である。 従来構成における、並び方向に直交する外乱磁場中の、磁場の強度分布図である。 従来構成における、外乱磁場遮蔽率の、並び方向の位置依存性を示す図である。 第1実施形態における、並び方向に直交する外乱磁場中の、磁場の強度分布図である。 第1実施形態における、外乱磁場遮蔽率の、並び方向の位置依存性を示す図である。 並び方向に印加された外乱磁場中の、磁場の方向を示す概略図である。 並び方向の成分と並び方向に直交する成分とを含む外乱磁場中の、磁場の方向を示す概略図である。 第2実施形態に係る回転角検出装置の概略構成を示す図である。 第3実施形態に係る回転角検出装置の概略構成を示す図である。 第4実施形態に係る回転角検出装置の概略構成を示す図である。 第5実施形態に係る電流検出装置の概略構成を示す図である。 その他の実施形態における第1磁気シールドの形状を示す斜視図である。 その他の実施形態における第1磁気シールドの形状を示す斜視図である。 その他の実施形態における第1磁気シールドの形状を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
(第1実施形態)
最初に、図1を参照して、本実施形態における回転角検出装置10の概略構成を説明する。
本実施形態では、その一例として、回転角検出装置10を備えたアクセル位置検出装置100について説明する。アクセル位置検出装置100は、自動車のアクセルペダル200の踏み込み量を検出する。すなわち、アクセルペダル200の踏み込みとともに回転する被検出体としてのシャフト20の回転角を検出する。
このアクセル位置検出装置100は、回転角検出装置10と、エポキシ樹脂等から成り、回転角検出装置10が収納されるパッケージ300と、アクセルペダル200が取り付けられ、回転角検出装置10と機械的に接続されたシャフト20と、を有している。シャフト20には、回転軸22を支点として、シャフト20に力のモーメントが印加されるようにアクセルペダル200が配置されている。そして、シャフト20の回転軸22に沿う方向の先端部に、後述する磁石12が配置され、アクセルペダル200の踏み込みとともに、磁石12が回転するようになっている。
回転角検出装置10は、シャフト20に固定された磁石12と、磁石12と対向配置された磁電変換素子14と、磁電変換素子14に印加される外乱磁場を遮蔽する磁気シールド16と、を有している。
磁石12は、例えば、回転軸22に沿う方向に略直交する円板形状の磁石を採用することができる。本実施形態における磁石12は、径方向(回転軸22に沿う方向に略直交する方向に同じ)に磁極を有するとともに、厚さ方向(回転軸22に沿う方向に同じ)にも磁極を有する、所謂、両面4極磁石である。すなわち、シャフト20の回転軸22に略垂直な方向および回転軸22に沿う方向に磁極を有している。シャフト20の回転軸22に略垂直な方向の磁極により形成される磁場が、シャフト20の回転に伴って回転する。そして、この磁場の変化が、磁電変換素子14により検出される。
磁電変換素子14は、基板18に実装され、磁石12と対向配置されている。磁電変換素子14としては、例えば、ホール素子を採用することができる。本実施形態では、磁石12と磁電変換素子14との並び方向(回転軸22に沿う方向に同じ。以下、単に並び方向と示す)に略直交する方向に感度を有するように配置されている。
磁気シールド16は、鉄などの磁性体から成り、第1磁気シールド16aと、第2磁気シールド16bとを有する。
本実施形態において、第1磁気シールド16aは、磁石12とともに、磁石12と磁電変換素子14との間の対向領域の一部を囲むように配置されている。具体的には、第1磁気シールド16aは、無底の円筒状とされ、円筒の中心軸が回転軸22と一致するように配置されている。また、第1磁気シールド16aは、磁電変換素子14における、磁石12と対向する対向面14aよりも磁石12側に配置されている。なお、第1磁気シールド16aは、上記した対向領域の全部を取り囲むように配置されてもよい。また、磁石12は、第1磁気シールド16aに必ずしも取り囲まれている必要はない。
第2磁気シールド16bは、第1磁気シールド16aと同一半径とされ、中心軸も第1磁気シールド16aと一致する円板状であり、並び方向において、第1磁気シールド16aと離間して設けられている。そして、第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bにより形成される隙間に、磁電変換素子14の実装された基板18、および、磁電変換素子14が配置される。換言すれば、第2磁気シールド16bは、並び方向において、磁電変換素子14に対して第1磁気シールド16aと反対側に配置されている。また、第2磁気シールド16bは、磁電変換素子14の、磁石12との対向面14aと反対の面14bと、全域に亘ってオーバーラップしている。本実施形態において、基板18は、第2磁気シールド16bと接して配置され、基板18のうち、第2磁気シールド16bと反対の面に磁電変換素子14が実装されている。
上記構成によれば、第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bの間のシールド間距離は、並び方向における、基板18の厚さと磁電変換素子14の厚さとを合わせた厚さ以上とされている。
次に、図2〜図7を参照して、本実施形態に係る回転角検出装置10の作用効果を説明する。発明者は、磁気シールド16による外乱磁場の遮蔽効果について、コンピュータを用いてシミュレーションを実施した。
まず、従来構成におけるシミュレーション結果について説明する。発明者は、従来構成における磁気シールド16として、円筒状の磁気シールド16を想定してシミュレーションを実施し、図2および図3に示す結果を得た。これは、本実施形態における、第1磁気シールド16aのみで磁気シールド16が構成された状態を想定したものである。シミュレーションの条件は以下の通りである。鉄製であり、厚さ1mm、直径18mm、長さ20mmの円筒状とされた磁気シールド16に対し、外乱磁場として、軸方向に垂直な方向(図2において、紙面右から左に向かう方向)に磁場を印加した状態における磁場の強度をシミュレーションした。なお、図2および図3において、円筒の軸方向をZ方向と示し、Z方向に垂直な方向をX方向と示す。すなわち、外乱磁場はX方向に印加されている。また、Z方向は、円筒の長さ方向における中点をZ=0mmとした相対位置として示す。
図2に示すように、磁場の強度は、磁気シールド16の外周近傍で高く、内部空間で低い。とくに、磁気シールド16の内部空間において、磁気シールド16の軸上であって、Z=0mmとなる位置において、外乱磁場の強度が最小となる。定量的なシミュレーション結果を図3に示す。図3は、磁気シールド16の軸上における外乱磁場遮蔽率を、磁気シールド16の外部を0%として表している。図3に示すように、Z=0において、外乱磁場をほぼ100%遮蔽できている。したがって、図示しない磁石12の磁場の変化を検出するための磁電変換素子14は、磁気シールド16の軸上であって、Z=0mmとなる位置に配置されることが好ましい。すなわち、磁電変換素子14は磁気シールド16の重心部に配置されることが好ましい。しかしながら、上記のように、円筒とされた磁気シールド16の内部空間に磁電変換素子14を配置すると、磁電変換素子14もしくは磁電変換素子が配置される基板18の体格、形状、配線など、構造の自由度が、磁気シールド16により制限されるという問題がある。また、この自由度の制限を緩和するために、特許文献1のように、円筒の開口端近傍に磁電変換素子14を配置すると、外乱磁場を十分に遮蔽できないという問題がある。具体的には、図3に示すように、Z=0において、外乱磁場をほぼ100%遮蔽できているのに対して、磁気シールド16の開口であるZ=±10では、70%程度の遮蔽率にとどまっている。すなわち、外乱磁場を十分に遮蔽できないという問題がある。
次いで、本実施形態の構成におけるシミュレーション結果について説明する。本実施形態では、磁気シールド16が、第1磁気シールド16aに加えて、第2磁気シールド16bを有している。発明者は、本実施形態における磁気シールド16の構成を想定してシミュレーションを実施し、図4および図5に示す結果を得た。シミュレーションの条件は以下の通りである。第1磁気シールド16aおよび第2磁気シールド16bがともに鉄製とされた磁気シールド16に対し、外乱磁場として、軸方向に垂直な方向(図4において、紙面右から左に向かう方向)に磁場を印加した状態における磁場の強度をシミュレーションした。第1磁気シールド16aを、厚さ1mm、直径18mm、長さ5mmの円筒状とした。また、第2磁気シールドを、第1磁気シールド16aの中心軸を中心とした円板状とし、直径18mm、厚さ(第1磁気シールド16aの軸方向の長さに相当)1mmとした。そして、第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bとを、並び方向において、5mmだけ離間して配置した。
なお、図4および図5において、円筒(第1磁気シールド16a)の軸方向をZ方向と示し、Z方向に垂直な方向をX方向と示す。すなわち、外乱磁場はX方向に印加されている。また、Z方向は、第1磁気シールド16aの長さ方向における、第2磁気シールド16bと対向する面をZ=0mmとした相対位置として示す。図4に示すように、Z=0mmの位置に対して、第2磁気シールド16bが配置される方向をZ方向における負方向としている。すなわち、第2磁気シールド16bにおける、第1磁気シールド16aと対向する面がZ=−5mmとなっている。
図4に示すように、第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bの外周において、磁場の強度が高くなっている。さらに、Z方向(すなわち、並び方向)において、第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bの隙間である−5mm<Z<0mmの範囲においても、磁気シールド16の外周に相当する部分で磁場の強度が高くなっている。これに対して、−5mm<Z<0mmの範囲において、第1磁気シールド16aおよび第2磁気シールド16bの中心軸近傍では、磁場の強度が低くなっている。定量的なシミュレーション結果を図5に示す。図5は、第1磁気シールド16aの軸上における外乱磁場遮蔽率を、磁気シールド16の外部を0%として表している。図5に示すように、本実施形態における磁気シールド16は、−5mm<Z<0mmの範囲において、外乱磁場を略90%遮蔽できている。すなわち、従来構成における円筒の重心部と、ほぼ同程度の遮蔽効果を発揮させることができる。そして、本実施形態では、−5mm<Z<0mmの範囲が磁気シールド16により囲まれていない。したがって、外乱磁場を最も遮蔽可能な領域に、磁電変換素子14もしくは磁電変換素子14が配置される基板18の構造の自由度に制限を受けることなく、磁電変換素子14および基板18を配置することができる。なお、特許文献1では、磁電変換素子14の設置を容易にするため、円筒状の磁気シールド16の開口近傍に、磁電変換素子14を配置している。上記したように、磁気シールド16の開口近傍では、外乱磁場遮蔽率は70%程度であり、これと比較すると、本実施形態において、磁電変換素子14が配置される位置では、外乱磁場遮蔽率を20ポイント程度向上させることができる。このように、本実施形態における磁気シールド16の構成を採用することにより、外乱磁場を抑制しつつ、磁電変換素子14の配置が容易となり、磁電変換素子14もしくは基板18の構造の自由度を向上させることができる。
また、本実施形態における磁気シールド16は、Z方向(並び方向/円筒の軸方向)と略直交する円板状とされた第2磁気シールド16bを有する。第2磁気シールド16bは、第1磁気シールド16aのうち、磁電変換素子14が配置される側の開口端近傍における外乱磁場の磁路として機能する。具体的には、図6および図7に示すように、第2磁気シールド16bに侵入した磁場のうち、磁石12と磁電変換素子14の並び方向の成分は該方向に進む。また、並び方向に直交する成分は第2磁気シールド16bに沿って進む。すなわち、第2磁気シールド16bは、侵入した磁場を並び方向と並び方向に直交する成分とに分解する。換言すると、第2磁気シールド16bは、第2磁気シールド16bに侵入した磁場を並び方向に整流する。さらに、侵入磁場が整流されることにより、第2シールド16bから排出された磁場の、並び方向の成分の一部は、第1磁気シールド16aに導かれやすい状態になる。これにより、磁電変換素子14が配置される側の開口端近傍の磁場が小さくされる。なお、本実施形態における磁電変換素子14は、並び方向に略直交する方向に感度を有するように配置されている。このため、Z方向成分を含んだ外乱磁場が、磁電変換素子14の配置箇所に浸入した場合でも、磁電変換素子14が外乱磁場の影響を受けにくい。また、図7に示すように、任意の方向から外乱磁場が侵入した場合であっても、外乱磁場が第2磁気シールド16bによって、磁電変換素子14の不感方向であるZ方向に整流されるため、磁電変換素子14が外乱磁場の影響を受けにくくすることができる。
なお、図6および図7においては、磁場の方向(磁力線)を見やすくするため、基板18およびパッケージ300の図示を省略している。
また、本実施形態における磁気シールド16は、第1磁気シールド16aおよび第2磁気シールド16bが、ともに、シャフト20の回転軸22と中心軸を同一とする回転対称形状を呈している。したがって、回転軸22に略垂直な方向における遮蔽効果の方向依存性を低減することができる。とくに、本実施形態では、第1磁気シールド16aが円筒状であり、第2磁気シールド16bが円板状である。よって、回転軸22に略垂直な、あらゆる方向に対して、ほぼ均一な遮蔽効果を発揮することができる。
なお、上記したシミュレーションにおける磁気シールド16の寸法は一例であって、上記例に限定されるものではない。本実施形態のような、アクセルの開度を検出するアクセル位置検出装置や、スロットル開度を検出するスロットル位置検出装置など、用途に応じて寸法を任意に設定することができる。本実施形態のように、アクセル位置検出装置100に用いられる回転角検出装置10であれば、第1磁気シールド16aおよび第2磁気シールド16bの直径として、例えば、10mm〜30mmとすることができる。また、第1磁気シールド16aの長さとして、5mm〜15mmとすることができる。また、第1磁気シールド16aおよび第2磁気シールド16bの磁性体の厚さも任意に設定することができ、例えば、0.5mm〜1mmとすることができる。また、第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bとの間のシールド間距離も、2mm〜10mmとすることができる。
(第2実施形態)
図8を参照して、本実施形態における回転角検出装置10について説明する。本実施形態において、上記実施形態に示した回転角検出装置10と共通する部分についての説明は割愛する。また、図8は、回転角検出装置10の主要部分を図示しており、アクセルペダル200、パッケージ300、および、シャフト20の一部を省略している。
本実施形態の第1の特徴は、磁気シールド16が、第1磁気シールド16aおよび第2磁気シールド16bに加えて、第3磁気シールド16cを有している点である。また、第2の特徴は、シールド間距離について、磁電変換素子14とオーバーラップする領域を含む中央部分16b1よりも、該中央部分16b1を取り囲む周辺部分16b2が大きくされている点である。
まず、第1の特徴について説明する。図8に示すように、本実施形態では、第1実施形態に対して、磁石12における、第2磁気シールドと反対側の一面12aの全面を覆うように、第3磁気シールド16cが配置されている。本実施形態では、例えば、磁石12の一面12aに対し、図示しない接着剤を介して第3磁気シールド16cが固定されている。第3磁気シールド16cの構成材料は、例えば、第1磁気シールド16aおよび第2磁気シールド16bと同様に、鉄製の磁性体とすることができる。
この第3磁気シールド16cにより、磁石12が形成する磁場のうち、磁石12に対して磁電変換素子14と反対側への磁場の広がりを抑制することができる。このため、磁石12が形成する磁場のうち、磁電変換素子14側に広がる磁場の強度を大きくすることができる。これにより、第3磁気シールド16cの無い構成に較べて、回転角の検出感度を向上させることができる。また、第3磁気シールド16cは、第2磁気シールドと同様に、外乱磁場を磁石12と磁電変換素子14の並び方向(シャフト20の回転角22に沿う方向)に整流する効果も奏することができる。このため、磁電変換素子14が、外乱磁場によるノイズの影響を受けにくくすることができる。
なお、本実施形態では、第3磁気シールド16cが、磁石12における、第2磁気シールドと反対側の一面12aの全面を覆うように配置された例を示した。しかしながら、上記例に限定されるものではない。第3磁気シールド16cは、一面12aの少なくとも一部を覆うように配置されていれば、上記効果を奏することができる。すなわち、第3磁気シールド16cの一面12aと対向する面の面積は、一面12aよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。ただし、第3磁気シールド16cが一面12aの全面を覆うように配置されることによって、より効果的に上記効果を発揮させることができる。
次いで、第2の特徴について説明する。第1実施形態では、第2磁気シールド16bが平板とされた例を示した。これに対して、本実施形態における第2磁気シールド16bは、図8に示すように、第2磁気シールド16bが磁電変換素子14とオーバーラップする領域を含む中央部分16b1よりも、該中央部分16b1を取り囲む周辺部分16b2において、シールド間距離が小さくされている。具体的には、図8に示す第2磁気シールド16bのうち破線の内側が中央部分16b1であり、中央部分16b1におけるシールド間距離は一定とされている。そして、第2磁気シールド16bのうち破線の外側が周辺部分16b2であり、周辺部分16b2は、中央部分16b1との境界から外周方向に向かう一部の範囲で、シールド間距離が小さくされている。換言すれば、第2磁気シールド16bは、周辺部分16b2の一部が、中央部分16b2に向かって、次第にシールド間距離が大きくなるように成形され、第2磁気シールド16bの、磁石12と対向する面が凹んだ皿形状とされている。
これによれば、磁電変換素子14の近傍から、磁石12が形成する磁場をトラップする可能性のある第2磁気シールド16bの一部を、遠ざけることができる。このため、磁石12により磁電変換素子14側に形成される磁場が、磁性体である第2磁気シールド16bにトラップされにくくすることができる。したがって、磁石12が形成する磁場の、磁電変換素子14による検出感度を向上させることができる。
なお、第2磁気シールド16bの形状は、本実施形態のような皿形状に限定されるものではなく、例えば、平板状とされた第2磁気シールド16bのうち、磁石12と対向する面に凹部を設けてもよい。
(第3実施形態)
上記した各実施形態では、磁電変換素子14が基板18上に配置された例を示した。これに対して、本実施形態では、図9に示すように、磁電変換素子14が基板18内部に埋め込まれて配置される例を示す。本実施形態において、上記実施形態に示した回転角検出装置10と共通する部分についての説明は割愛する。
本実施形態において、基板18は、例えば、磁電変換素子14を保護するために樹脂を成形してなるモールド樹脂とすることができる。また、基板18は、プリント基板であってもよく、例えば、PALAP(登録商標)のように、磁電変換素子14を含む電子部品内蔵型のプリント基板とすることもできる。本実施形態でも、上記した各実施形態と同様に、第2磁気シールド16bが、並び方向において、第1磁気シールド16aとの間に、所定のシールド間距離を有して配置されている。具体的には、シールド間距離が、基板18の並び方向の厚さと同一とされている。このため、構造の自由度に制限を受けることなく、基板18を第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bとの隙間に配置することができる。したがって、外乱磁場を遮蔽しつつ、基板18の構造の自由度を向上させることができる。
(第4実施形態)
上記した各実施形態では、磁石12と磁電変換素子14の並び方向と、シャフト20の回転軸22が同一の方向を向いている例を示した。これに対して、本実施形態では、図10に示すように、回転軸24が並び方向と略垂直とされた例を示す。本実施形態において、上記実施形態に示した回転角検出装置10と共通する部分についての説明は割愛する。
図10に示すように、本実施形態では、シャフト20が磁石12と磁電変換素子14の並び方向に略垂直な方向を回転軸24として回転し、シャフト20とともに回転する磁石12のまわりの磁場を変化させる。この磁場の変化が磁電変換素子14により検出される。
本実施形態では、シャフト20および磁石12の配置方向および回転方向を除いて、第1実施形態と同様の構成である。したがって、磁気シールド16による外乱磁場の遮蔽効果、および、磁電変換素子14と磁電変換素子14が配置される基板18の構造の自由度を向上させる効果として、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第5実施形態)
上記した各実施形態では、被検出体に取り付けられ、磁電変換素子14により検出する磁場を形成する磁場発生手段が磁石12である例を示した。しかしながら、磁場を形成する磁場発生手段として、電流が流れる導線を採用することもできる。なお、本実施形態において、上記実施形態に示した回転角検出装置10と共通する部分についての説明は割愛する。
本実施形態では、図11に示すように、導線13が、円筒状とされた第1磁気シールド16aと電気的に分離されつつ、電流の流れる方向が円筒の中心軸と略垂直になるように、第1磁気シールド16aを貫通して配置されている。この導線13に電流が流れると、アンペールの法則に従って、導線13に垂直な方向に磁場が生じる。この磁場を磁電変換素子14により検出することで、電流値を検出することができる。すなわち、本実施形態の構成とすることにより、電流検出装置を構成することができる。なお、導線13と磁電変換素子14の並び方向において、第2磁気シールド16bは、上記した各実施形態と同様に、第1磁気シールド16aと離間して配置されている。
本実施形態における磁気シールド16、磁電変換素子14、および、磁場発生手段の構成は、磁場発生手段として、磁石12を導線13に置き換えたことを除き、第1実施形態と同様の構成である。このため、磁気シールド16による外乱磁場の遮蔽効果、および、磁電変換素子14と磁電変換素子14が配置される基板18の構造の自由度を向上させる効果として、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。したがって、外乱磁場によるノイズの影響を抑制しつつ、導線13を流れる電流の電流値を検出することができる。
(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
上記した各実施形態では、シャフト20の回転軸22,24の方向として、磁石12と磁電変換素子14の並び方向に沿う方向、あるいは略垂直な方向である例を示した。しかしながら、シャフトの回転軸の方向は、上記例に限定されるものではない。回転軸22,24は、シャフト20の回転とともに回転する磁石12が形成する磁場が、磁電変換素子14の配置される位置において変化するように構成されていればよい。
また、上記した各実施形態では、磁石12として、両面4極磁石を例に示したが、上記例に限定されるものではない。例えば、両端に磁極を有する棒磁石であってもよい。すなわち、シャフト20の回転に伴って、磁電変換素子14の位置において磁場が変化するように構成されていればよい。
また、上記した各実施形態では、第1磁気シールド16aとして、円筒状の磁性体が用いられる例を示した。すなわち、第1磁気シールド16aの長さ方向に垂直な断面が円形状となっている例を示した。しかしながら、上記例に限定されるものではない。第1磁気シールド16aは、磁石12と磁電変換素子14の対向領域を覆うように形成されていればよい。例えば、図12に示すように、上記断面がC字形状となっていてもよいし、図13に示すように多角形となっていてもよい。なお、図13では、上記断面として正六角形を採用している。ただし、上記断面が、図12に示すC字形状のような開いた構成に較べて、例えば、図11に示すように閉じた形状とされるほうが、外乱磁場の遮蔽効果を高めることができる。さらに言えば、図13に示すように、上記断面が回転対称形状を呈することにより、第1磁気シールド16aによる外乱磁場の、遮蔽効果の方位依存性を低減することができる。さらに、上記した各実施形態のように、上記断面が真円とされていることにより、遮蔽効果の方位依存性を無くすことができる。
また、第1磁気シールド16aは、上記断面の形状が、磁石12と磁電変換素子14の並び方向(すなわち、円筒の長さ方向)に沿って同一となっていなくともよい。例えば、図14に示すように、第1磁気シールド16aの、並び方向における開口の大きさが、磁石12側と磁電変換素子14側で互いに異なるようになっていてもよい。
また、上記した各実施形態では、第1磁気シールド16aが、磁電変換素子14と磁石12の並び方向において、磁電変換素子14の磁石12との対向面14aよりも磁石12側、且つ、磁電変換素子14と磁石12との対向領域の少なくとも一部を囲むように配置されている。すなわち、磁石12は、一部が第1磁気シールド16aに囲まれるか、あるいは、磁電変換素子14と磁石12の並び方向において、第1磁気シールド16aに対して、磁電変換素子14の反対側に配置されている。しかしながら、第1磁気シールド16aと第2磁気シールド16bの間のシールド間距離が、外乱磁場を遮蔽可能な距離であれば(シールド間距離が小さければ)、磁石12は、磁電変換素子14と磁石12の並び方向において、第1磁気シールド16aに対して、磁電変換素子14が配置された側に配置されていてもよい。
10・・・回転角検出装置
12・・・磁石
14・・・磁電変換素子
16a・・・第1磁気シールド
16b・・・第2磁気シールド
18・・・基板
20・・・シャフト
22・・・回転軸

Claims (9)

  1. 被検出体に取り付けられ、該被検出体の回転にともなって回転する磁石(12)と、
    該磁石の、回転による磁場の変化を検出する磁電変換素子(14)と、
    外乱磁場を遮断する磁気シールド(16)と、を有する回転角検出装置であって、
    前記磁電変換素子と前記磁石とは、互いに離間しつつ対向配置され、
    前記磁気シールドは、第1磁気シールド(16a)と、第2磁気シールド(16b)と、を有し、
    前記第1磁気シールドは、
    前記磁電変換素子と前記磁石の並び方向において、前記磁電変換素子の前記磁石との対向面(14a)よりも前記磁石側、且つ、前記磁石の少なくとも一部を囲むように配置され、
    前記第2磁気シールドは、
    前記並び方向において、前記第1磁気シールドとの間に、所定のシールド間距離を有するとともに、
    前記磁電変換素子に対して、前記第1磁気シールドと反対側であって、前記磁石の回転により磁場が変化しない方向に、外乱磁場を整流するように配置されることを特徴とする回転角検出装置。
  2. 前記第1磁気シールドは、
    前記磁電変換素子と前記磁石との対向領域の少なくとも一部を囲むように配置され、
    前記第2磁気シールドは、
    前記磁電変換素子の前記対向面と反対の面(14b)の全域に亘ってオーバーラップするように配置されることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。
  3. 前記磁電変換素子は、基板(18)に固定され、
    前記シールド間距離が、前記基板の前記並び方向の厚さ以上とされることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転角検出装置。
  4. 前記第2磁気シールドは、前記磁電変換素子とオーバーラップする領域を含む中央部分(16b1)における前記シールド間距離が、該中央部分を取り囲む周辺部分(16b2)における前記シールド間距離よりも、大きくされることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転角検出装置。
  5. 前記第2磁気シールドの前記周辺部分は、前記中央部分との境界から外周方向に向けての少なくとも一部が、前記外周方向に向かうほど、前記シールド間距離が小さくされることを特徴とする請求項4に記載の回転角検出装置。
  6. 前記第1磁気シールドおよび第2磁気シールドは、中心軸を同一とする回転対称形状を呈することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転角検出装置。
  7. 前記第1磁気シールドが円筒状であることを特徴とする請求項6に記載の回転角検出装置。
  8. 前記磁気シールドは、
    前記磁石における、前記第2磁気シールドと反対側の一面のうち、少なくとも一部を覆うように配置された第3磁気シールド(16c)を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転角検出装置。
  9. 前記磁電変換素子は、前記並び方向に直交する方向に感度を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の回転角検出装置。
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