JP6180197B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角度検出装置に関するものである。

回転軸に磁石を取り付け、その回転軸の回転角度を磁気的に検出する回転角度検出装置として、例えば、下記特許文献１のギアードモータ位置検出装置が知られている。
このギアードモータ位置検出装置は、出力軸に取り付けられるセンサー板を有する。このセンサー板は、出力軸のＤ字状の先端部に嵌合する軸受部と、この軸受部の外周部にフランジ状に形成されたセンサー部（Ｎ極、Ｓ極の極磁界を形成する磁石）と、を有する（下記特許文献１の図７参照）。そして、このギアードモータ位置検出装置は、モールＩＣ等の磁気センサーによって検出した磁束密度の変化に基づいて、回転軸の回転角度を検出するようになっている。

特開２００７−２５９６０８号公報

しかしながら、上記従来技術には、次のような問題がある。
従来技術のセンサー部（磁石）は、フランジ状に形成されているため、径方向外側への張り出しによって、設置スペースを広く必要とし、また、回転軸の周囲の構造物との制約により設置が困難になる場合がある。また、センサー部の径方向外側への張り出しを抑えると、磁石体積が低下し、センシングのための磁束密度を確保することが困難になり、単位体積当たりの磁束密度が大きい高価な磁石を使用しなければならなくなる。さらに、軸受部は、センサー部を支持するために複雑な形状を有しており、材料費、加工費がかかり、製造コストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、磁石体積すなわち磁束密度を確保しながら、簡易な構成で小型化可能な回転角度検出装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、回転軸に磁石を取り付け、前記回転軸の回転角度を磁気的に検出する回転角度検出装置であって、前記回転軸の一端部に締結固定される所定厚みの板部材を有し、前記磁石は、前記板部材に対し、前記所定厚みよりも大きい円筒状にモールド成形されている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記板部材は、前記磁石の内周面に埋設されている外縁部を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記磁石は、前記板部材の一方の面側に延出している第１の延出部と、前記板部材の他方の面側に延出している第２の延出部と、を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記板部材は、前記一方の面側から挿入されるボルトによって前記回転軸の一端部に締結固定され、前記第１の延出部は、少なくとも、前記板部材の一方の面側に突出している前記ボルトの頭頂部まで延出している、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記第２の延出部は、前記第１の延出部よりも大きく延出している、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記板部材は、非磁性の金属材から形成されている、という構成を採用する。

本発明では、回転軸の一端部に締結固定される所定厚みの板部材に対して、磁石を板部材の厚みよりも大きい円筒状にモールド成形する。この構成によれば、板部材が所定厚みの平板状で簡素な構成であるため、材料費、加工費を低く抑えることができる。また、この構成によれば、磁石が板部材の厚み方向（軸方向）において大きく形成されるため、磁石体積の向上を図りながら、磁石の径方向外側への張り出しを抑えることができる。
このように、本発明によれば、磁石体積すなわち磁束密度を確保しながら、簡易な構成で小型化可能な回転角度検出装置が得られる。

本発明の実施形態における回転角度検出装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態における磁石の取り付け構造を示す要部拡大図である。 本発明の実施形態における磁石の取り付け構造を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態における磁石の取り付け構造を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における回転角度検出装置１の構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の回転角度検出装置１は、スロットルバルブ１００に設けられている。このスロットルバルブ１００は、図示しないエンジンの吸気ポートに設けられており、そのエンジンの吸気量を調整するものである。

スロットルバルブ１００は、エンジンの吸気ポートに連通する吸気道１０１ａが形成されているスロットルボディ１０１を有する。このスロットルボディ１０１には、吸気道１０１ａを横断するように弁軸１０２（回転軸）が回転自在に支承されている。弁軸１０２には、吸気道１０１ａを開閉するバタフライ型の弁体１０３がネジ止めされている。

弁軸１０２は、その一端部１０２ａ側において、その周面が軸受１０４によって回転自在に支持されている。また、弁軸１０２は、図示しない他端部側において、その周面が図示しない軸受によって回転自在に支持されている。
弁軸１０２の一端部１０２ａ側には、回転角度検出装置１が設けられている。また、弁軸１０２の他端部側は、図示しない電動機に連結されている。

回転角度検出装置１は、電動機によって駆動する弁軸１０２の回転角度を検出するものである。この回転角度検出装置１は、弁軸１０２に取り付けられてそれと共に回転する磁石１０を有する発磁体２と、磁石１０と協働して弁軸１０２の回転角度を磁気的に検出する磁気センサー３と、を有する。発磁体２は、磁気センサー３に対して相対回転可能に弁軸１０２の一端部１０２ａに取り付けられている。

磁気センサー３は、磁電変換素子を有し、基板４に実装されている。磁電変換素子としては、例えばホール効果を用いて磁石１０の磁界を検出するホール素子を採用することができる。基板４は、センサーユニット５に取り付けられており、外部をカバー６で覆われている。スロットルボディ１０１は、センサーユニット５を装着するための装着孔１０５を有する。センサーユニット５は、装着孔１０５に嵌合可能な嵌合部７を有する。

嵌合部７には、有底円筒状の溝部７ａが形成されている。溝部７ａは、径方向において発磁体２と対向する側壁面７ａ１と、軸方向において発磁体２と対向する天面７ａ２（底面）と、を有する。また、センサーユニット５には、嵌合部７の周りにリング状の溝部８が形成されている。溝部８には、シールリング８ａが配置されており、センサーユニット５とスロットルボディ１０１との間を気密にシールするようになっている。

また、センサーユニット５には、コネクタ９が設けられている。コネクタ９には、外部の図示しない制御装置に磁気センサー３の検出信号を出力するための電極９ａが設けられている。このようなセンサーユニット５及びカバー６は、絶縁性を有する合成樹脂材等から形成されている。

次に、磁石１０の取り付け構造について図２〜図４を参照して詳しく説明する。
図２は、本発明の実施形態における磁石１０の取り付け構造を示す要部拡大図である。図３は、本発明の実施形態における磁石１０の取り付け構造を示す分解斜視図である。図４は、本発明の実施形態における磁石１０の取り付け構造を示す平面図である。
図２に示すように、発磁体２は、磁石１０と、板部材２０と、を有する。磁石１０は、板部材２０を介して弁軸１０２に取り付けられている。

板部材２０は、所定厚みを有する平板形状を有し、弁軸１０２の一端部１０２ａに締結固定されている。板部材２０は、その一方の面２０ａ側から挿入されるボルト３０（締結部材）によって、弁軸１０２の一端部１０２ａに締結固定されている。板部材２０は、ボルト３０の軸部３１が挿通される挿通孔２１を有する。挿通孔２１は、図３及び図４に示すように、板部材２０の中心に形成されている。

挿通孔２１は、板部材２０の厚み方向において、一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して形成されている。挿通孔２１は、平面視で長穴状に形成されている。この挿通孔２１の短辺方向の幅は、ボルト３０の頭部３２の直径よりも小さくなっており、ボルト３０の挿入によって頭部３２と弁軸１０２との間で板部材２０を挟み込んで締結固定できるようになっている。

図３に示すように、弁軸１０２の一端部１０２ａの端面１０２ａ１には、ボルト３０の軸部３１が螺入可能なネジ孔１０６が形成されている。ネジ孔１０６は、端面１０２ａ１に対して垂直に弁軸１０２の軸方向に形成されている。
また、弁軸１０２の一端部１０２ａの端面１０２ａ１には、発磁体２の回り止めと位置決めをするための突起対１０７が形成されている。

突起対１０７は、端面１０２ａ１において、ネジ孔１０６を挟んだ両側から軸方向に突出するように形成されている。突起対１０７は、板部材２０の挿通孔２１の形状に応じた外形を有している。この突起対１０７は、挿通孔２１の長辺方向の長さに対応する間隔で配置されており、発磁体２の締結固定の際にボルト３０の両脇で挿通孔２１に係合することで、発磁体２の回り止めと位置決めをするようになっている。

磁石１０は、図２に示すように、板部材２０に対し、その厚みよりも大きい円筒状にモールド成形されている。すなわち、磁石１０の軸心方向における長さ（長さＬ）に対する板部材２０の厚み（厚みＴ）の関係は、長さＬ＞厚みＴの関係を満たすようになっている。板部材２０は、非磁性の金属材から形成されている。本実施形態の板部材２０は、例えばＳＵＳ３０４から形成されている。磁石１０は、この非磁性の金属材である板部材２０にモールド成形されている。

磁石１０は、合成樹脂製の永久磁石である。この磁石１０は、例えば、フェライト磁石等の焼結磁石を粉砕した磁性粉を、ナイロンやポリエチレンの熱可塑性樹脂等の結合剤（バインダ）に分散させ、これを、板部材２０をセットした成形金型を用いて円筒状に成形した後、着磁して成るものである。当該着磁により、磁石１０の円周部に所定ピッチでＮ極、Ｓ極が形成される。

磁石１０は、図３に示すように、板部材２０の外縁部２２にモールド成形されている。板部材２０の外縁部２２は、磁石１０の内周面１０ａに埋設されており、図４に示すように、弁軸１０２の軸方向から視て、磁石１０と板部材２０とが重なる部分が形成されている。板部材２０の外縁部２２は、平面視で六角形状を有している。磁石１０の内径は、外縁部２２の六角形状の内接円よりも小さく形成されている。

磁石１０は、図２に示すように、板部材２０の一方の面２０ａ側に延出している第１の延出部１１と、板部材２０の他方の面２０ｂ側に延出している第２の延出部１２と、を有する。このように磁石１０は、板部材２０の厚み方向両側に延出している。第１の延出部１１は、少なくとも、板部材２０の一方の面２０ａ側に突出しているボルト３０の頭頂部まで延出している。換言すると、ボルト３０の頭部３２の上端面３２ａが、第１の延出部１１の端面１１ａ以下に配置されるようになっている。

第２の延出部１２は、第１の延出部１１よりも大きく延出している。すなわち、他方の面２０ｂから第２の延出部１２の端面１２ａまでの長さが、一方の面２０ａから第１の延出部１１の端面１１ａまでの長さよりも大きくなっている。第２の延出部１２は、弁軸１０２の軸方向に延在し、一端部１０２ａの周面に対し所定の隙間をあけて円筒状に配置されるようになっている。

続いて、上記構成の回転角度検出装置１の動作（作用）について説明する。

図示しない電動機によって弁軸１０２が回転すると、弁軸１０２の一端部１０２ａに取り付けられた発磁体２が回転する。発磁体２は、円周部に所定ピッチでＮ極、Ｓ極が形成されている磁石１０を有する。弁軸１０２と共に発磁体２が回転すると、磁石１０の円周部（より詳しくは端面１１ａ）に対向して配置された磁気センサー３が受ける磁束密度が変化する。磁気センサー３は、磁電変換素子によって、この変化する磁束密度に応じた検出信号を出力する。この検出信号は、コネクタ９に設けられた電極９ａを介して図示しない制御装置に入力され、スロットルバルブ１００の開閉制御が行われる。

本実施形態では、図２に示すように、弁軸１０２の一端部１０２ａに締結固定される所定厚みの板部材２０に対して、板部材２０の厚みよりも大きい円筒状に磁石１０をモールド成形している。この構成によれば、板部材２０が厚み一定の平板状で簡素な構成であるため、材料費、加工費を低く抑えることができる。また、この構成によれば、磁石１０が径方向ではなく、板部材２０の厚み方向（弁軸１０２の軸方向）において大きく形成されるため、軸方向で磁石体積を稼ぎながら、磁石１０の径方向外側への張り出しを抑えることができる。

したがって、図１に示すように、磁石１０が溝部７ａの中に配置され、側壁面７ａ１との干渉の関係で径方向外側に磁石体積を稼ぐことができない場合であっても、軸方向において磁石体積の向上を図ることができるため、径方向のサイズを小型にしつつ、磁気センサー３のセンシングのための磁束密度を確保することができる。

ところで、板部材２０の一方の面２０ａ側には、ボルト３０の頭部３２が存在する（図２参照）。このため、天面７ａ２を高くし、ボルト３０の頭部３２を配置するためのスペースを溝部７ａの中に形成している（図１参照）。本実施形態では、このスペースを有効に利用するべく、磁石１０の第１の延出部１１を、少なくともボルト３０の頭部３２の上端面３２ａまで延出させている（図２参照）。これにより、板部材２０の一方の面２０ａ側における有効スペースを活用し、磁石体積を向上させることができる。

一方、板部材２０の他方の面２０ｂ側においては、磁石１０の設置スペースを大きく確保できるため、第２の延出部１２を、第１の延出部１１よりも大きく延出させている。このように板部材２０の他方の面２０ｂ側に、磁石１０を大きく延出させることによって、磁石体積の向上を図りながら、スペース制限がある一方の面２０ａ側における磁石体積の不足分を補って磁気センサー３のセンシングのための磁束密度を確保することができる。

また、このように大きく形成された円筒状の磁石１０は、その内周面１０ａに板部材２０の外縁部２２が埋設されることにより保持されている。これにより、磁石１０と板部材２０とを簡易な構成で強固に接続することができる。また、図３及び図４に示すように、外縁部２２の外形を六角形状とし、磁石１０内に埋設される板部材２０の体積を抑えることで、その分の径方向における磁石体積を確保することができる。

このように、上述の本実施形態によれば、弁軸１０２に磁石１０を取り付け、弁軸１０２の回転角度を磁気的に検出する回転角度検出装置１であって、弁軸１０２の一端部１０２ａに締結固定される所定厚みの板部材２０を有し、磁石１０は、板部材２０に対し、所定厚みよりも大きい円筒状にモールド成形されている、という構成を採用することによって、磁石体積すなわち磁束密度を確保しながら、簡易な構成で小型化可能な回転角度検出装置１が得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、板部材をボルトにより締結固定する構成について説明したが、本発明はこの構成に限らず、例えば、板部材を回転軸の一端部においてカシメて締結固定する構成を採用しても良い。

また、例えば、上記実施形態では、磁石の第１の延出部を、ボルトのなべ型頭部の上端面を基準として延出させる構成について説明したが、本発明はこの構成に限らず、例えば、当該上端面が無い丸皿、トラス、バインド型等の頭部を有するボルトの場合、磁石の第１の延出部の延出の基準はその頭頂部を基準とすることが好ましい。

また、例えば、上記実施形態では、本発明に係る回転角度検出装置をスロットルバルブに適用した構成について説明したが、本発明はこの構成に限らず、例えば、ギアードモータ等の回転式アクチュエーター全般に適用することができる。

１…回転角度検出装置、１０…磁石、１０ａ…内周面、１１…第１の延出部、１２…第２の延出部、２０…板部材、２０ａ…一方の面、２０ｂ…他方の面、２２…外縁部、１０２…弁軸（回転軸）、１０２ａ…一端部

Claims (2)

1. エンジンの吸気ポートに連通する吸気道が形成されているスロットルボディに、前記吸気道を開閉するバタフライ型の弁体が固定された回転軸が回転自在に支承されており、
   前記回転軸に磁石が取り付けられ、前記回転軸と共に回転する前記磁石の磁束密度の変化に応じた検出信号を出力する磁気センサーによって、前記回転軸の回転角度を磁気的に検出する回転角度検出装置であって、
   前記回転軸の一端部に直接締結固定される板部材を有し、
   前記磁石は、前記板部材に対し、前記板部材の厚みよりも大きい円筒状にモールド成形されており、
   前記板部材は、前記磁石の内周面に埋設されている外縁部を有し、
   前記磁石は、前記板部材の一方の面側に延出している第１の延出部と、前記板部材の他方の面側に延出している第２の延出部と、を有し、
   前記板部材は、前記一方の面側から挿入されるボルトによって前記回転軸の一端部に直接締結固定され、
   前記第１の延出部は、少なくとも、前記板部材の一方の面側に突出している前記ボルトの頭頂部まで延出し、
   前記第２の延出部は、前記第１の延出部よりも大きく延出しており、
   前記磁気センサーが取り付けられたセンサーユニットは、前記スロットルボディに設けられた装着孔にその外周が嵌合されることで、前記スロットルボディに装着され、
   前記第２の延出部は、前記装着孔内に少なくともその一部が配置されている、ことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記板部材は、非磁性の金属材から形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。

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