JP6477518B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置に関する。

従来、バルブなどを回転駆動するためのアクチュエータが備えるシャフトの回転位置を検出する位置検出装置が知られている。
特許文献１に記載の位置検出装置は、筐体に対し回転可能に支持されたシャフト、そのシャフトに固定された磁気回路部、および、筐体に固定されると共に磁気回路部を流れる磁束を検出する磁気検出素子を有する。シャフトが回転すると、磁気回路部と磁気検出素子との相対的な位置が変わり、磁気検出素子が有する磁気検出面を通過する磁束密度が変化する。磁気検出素子は、その磁気検出面を通過する磁束密度に応じた電圧信号を出力する。位置検出装置は、磁気検出素子の出力により、シャフトの回転位置を検出することが可能である。

特許第５７２０９６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の位置検出装置において、仮に筐体に固定される磁気検出素子の位置がずれると、磁気回路部と磁気検出素子との位置がずれることになり、磁気検出素子の出力に影響が生じるおそれがある。したがって、位置検出装置は、検出精度を高めるため、筐体と磁気検出素子との位置ずれを抑制することが求められる。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、検出精度を高めることの可能な位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の位置検出装置は、シャフト、筐体、磁気回路部、センサ、回転止め穴および回転止めピンを備える。筐体は、シャフトを軸周りに回転可能に支持する。磁気回路部は、シャフトに固定され、シャフトと共に回転する。センサは、センサ本体、そのセンサ本体から磁気回路部側へ突出する磁気検出素子、および、その磁気検出素子の周囲のセンサ本体から延びて筐体に設けられた嵌合穴に嵌合する嵌合突起を有し、筐体に取り付けられる。回転止め穴は、筐体の嵌合穴から離れた位置でセンサ本体または筐体の一方に設けられる。回転止めピンは、センサ本体または筐体の他方に設けられ、回転止め穴に嵌合することで嵌合穴を中心とした筐体とセンサ本体との相対回転を規制する。嵌合突起は、少なくとも一部が、磁気検出素子の中心と回転止めピンの中心とを結んだ直線上で嵌合穴の内壁に当接する。

これにより、センサは、筐体の嵌合穴を中心とした回転が回転止めピンによって防がれ、磁気検出素子の中心と回転止めピンの中心とを結んだ直線方向の位置ずれが嵌合突起によって防がれる。そのため、センサが有する磁気検出素子と、筐体との位置ずれが防がれる。磁気回路部は、筐体に支持されたシャフトと共に回転するものであるので、磁気検出素子と磁気回路部との位置ずれが防がれる。したがって、位置検出装置は、シャフトの回転角を正確に検出することができる。

本発明の一実施形態による位置検出装置の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 図１のＩＩＩ方向から見たセンサの平面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。 図１のＶ方向から見たセンサの平面図であり、筐体を除いた図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。 位置検出装置の出力特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態の位置検出装置を図１から図７に示す。位置検出装置１は、例えば車両のウェストゲートバルブまたはスロットルバルブなどを回転駆動するアクチュエータが備えるシャフト２の回転位置を検出するものである。

図１に示すように、位置検出装置１は、シャフト２、筐体３、磁気回路部４およびセンサ５などを備えている。
シャフト２は、モータ６等に接続され、回転軸Ｏを中心として軸周りに回転可能である。筐体３は、第１ケース３１および第２ケース３２を有する。第１ケース３１および第２ケース３２はそれぞれ、シャフトが挿通するシャフト孔３３，３４を有する。シャフト２は、そのシャフト孔３３，３４を挿通しており、筐体３に回転可能に支持されている。なお、シャフト２の回転可能な範囲は、周方向の所定範囲に制限されている。

図１および図２に示すように、磁気回路部４は、シャフト２に固定された扇状の回転盤４０、その回転盤４０に固定された第１ヨーク４１、第２ヨーク４２、第１磁石４３および第２磁石４４を有する。これにより、磁気回路部４は、シャフト２に固定され、シャフト２と共に回転する。なお、図２では、筐体３を省略している。
第１磁石４３と第２磁石４４とは、シャフト２の回転方向に離れた位置に設けられている。第１磁石４３が生じる磁界の強度と、第２磁石４４が生じる磁界の強度とは同一である。

第１ヨーク４１と第２ヨーク４２とは、対向して設けられ、互いに平行、且つ、シャフト２の回転軸Ｏを中心とした円弧状に延びている。第１ヨーク４１と第２ヨーク４２は、いずれも磁性体から形成されている。
第１ヨーク４１は、一端が第１磁石４３のＮ極に接続され、他端が第２磁石４４のＳ極に接続されている。第２ヨーク４２は、一端が第１磁石４３のＳ極に接続され、他端が第２磁石４４のＮ極に接続されている。これにより、第１磁石４３、第２磁石４４、第１ヨーク４１および第２ヨーク４２は磁気回路を形成する。

図２において、符号Ａを付した矢印に示すように、この磁気回路部４を流れる磁束は、主磁束として第１磁石４３のＮ極から第１ヨーク４１を経由して第２磁石４４のＳ極に流れ、第２磁石４４のＮ極から第２ヨーク４２を経由して第１磁石４３のＳ極に流れる。また、符号Ｂを付した矢印に示すように、この磁気回路部４を流れる磁束の一部は、漏洩磁束として第１ヨーク４１と第２ヨーク４２との間を流れる。なお、図２では、主磁束を模式的に示した矢印の一部に符号Ａを付し、漏洩磁束を模式的に示した矢印の一部に符号Ｂを付している。

第１ヨーク４１と第２ヨーク４２との間には、センサ５が有する磁気検出素子５０が配置される。シャフト２と共に磁気回路部４が回転すると、図２の一点鎖線Ｃに示した軌道上を磁気検出素子５０は磁気回路部４に対して相対的に移動する。

図１、図３から図６に示すように、センサ５は、磁気検出素子５０、センサ本体５１、嵌合突起５２、回転止めピン５３およびコネクタ５４が樹脂射出成形により一体に形成されたものである。
なお、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図であるが、筐体３にセンサ５が取り付けられる位置を一点鎖線で示している。また、図５は、図１のＶ方向において、筐体３および磁気回路部４を除き、センサ５とシャフト２のみを示したものである。但し、図５では、筐体３が有する嵌合穴３６の位置、および、回転止め穴３７の位置を二点鎖線で示している。

図３および図４に示すように、センサ本体５１は、シャフト２の回転軸Ｏを中心とした略円弧状に形成されている。センサ本体５１は、その外縁部に板厚方向に通じる複数の孔５６を有している。センサ本体５１は、その外縁部の複数の孔５６に挿し込まれたねじ５７が、筐体３に設けられたねじ孔３８に螺合されることにより、筐体３に取り付けられる。このとき、磁気検出素子５０は筐体３に設けられた嵌合穴３６を挿通し、嵌合突起５２は嵌合穴３６に嵌合する。また、回転止めピン５３は、筐体３に設けられた回転止め穴３７に嵌合する。

図１及び図６に示すように、センサ本体５１は、筐体３側から板厚方向に凹む凹部５５を有している。図１及び図２に示すように、磁気検出素子５０は、センサ本体５１の凹部５５から磁気回路部４側に突出するように設けられている。磁気検出素子５０は、磁気回路部４の第１ヨーク４１と第２ヨーク４２との間に挿入されている。磁気検出素子５０は、例えば２個のホールＩＣがセンサ本体５１を形成する樹脂と共に樹脂モールドされたものである。２個のホールＩＣの磁気検出面はいずれも、第１ヨーク４１と第２ヨーク４２とが向き合うシャフト２の径方向に対し垂直な平面５８（図２および図５参照）と略平行に設けられている。磁気検出素子５０は、ホールＩＣの磁気検出面を通過する磁束密度に応じた電圧信号を出力する。

図７は、磁気検出素子５０の出力特性を示している。シャフト２の回転により磁気回路部４と磁気検出素子５０とが相対移動すると、磁気検出素子５０は実線Ｄに示す電圧信号を出力する。磁気検出素子５０が出力する電圧信号は、例えば第１磁石４３に近づくほど大きくなり、第２磁石４４に近づくほど小さくなる。この電圧信号は、中点電圧Ｖｘを中心として、点対称である。なお、中点電圧Ｖｘとは、磁気検出素子５０が第１磁石４３と第２磁石４４との中間位置Ｘ０（図２参照）に位置するときに磁気検出素子５０から出力される電圧である。
なお、仮に、磁気検出素子５０と磁気回路部４とが位置ずれした場合には、図７に示した磁気検出素子５０の出力信号に影響が生じることがある。

図１、図４および図５に示すように、嵌合突起５２は、磁気検出素子５０の周囲に位置するセンサ本体５１の凹部５５から磁気回路部４側へ延びて筐体３に設けられた嵌合穴３６に嵌合している。嵌合突起５２は、磁気検出素子５０を中心とした円周上で、嵌合穴３６の内壁に複数箇所で当接している。
本実施形態では、嵌合突起５２は、磁気検出素子５０を中心とした円周上に３個設けられている。なお、以下の説明において、３個の嵌合突起５２を、必要に応じて、第１嵌合突起５２１、第２嵌合突起５２２、および第３嵌合突起５２３と称することとする。

図５に示すように、嵌合突起５２は、少なくとも一部が、磁気検出素子５０の中心と回転止めピン５３の中心とを結んだ直線上で嵌合穴３６の内壁に当接している。以下の説明において、磁気検出素子５０の中心と回転止めピン５３の中心とを結んだ直線を「直線Ｌ」と称することとする。
図５では、直線Ｌ上で、第１嵌合突起５２１と嵌合穴３６の内壁とが当接する箇所を符号Ｐで示している。嵌合突起５２は、磁気検出素子５０を中心とした円周上において、符号Ｐで示した当接箇所を始点として、磁気検出素子５０を中心とした円周方向に１２０°以下の間隔で嵌合穴３６の内壁に当接している。図５では、第２嵌合突起５２２と嵌合穴３６の内壁とが当接する箇所を符号Ｑで示し、第３嵌合突起５２３と嵌合穴３６の内壁とが当接する箇所を符号Ｒで示している。本実施形態において、磁気検出素子５０の中心と符号Ｐ，Ｑ，Ｒを結ぶ線同士のなす角θ１、θ２、θ３は、いずれも１２０°である。

また、３個の嵌合突起５２は、磁気検出素子５０の磁気検出面に垂直な面Ｓに対して対称に設けられている。具体的に、第１嵌合突起５２１と第２嵌合突起５２２とがその面Ｓを挟んで対称に設けられ、第３嵌合突起５２３が自身の中央で面対称に設けられている。

筐体３には、嵌合穴３６から離れた位置に、回転止め穴３７が設けられている。この回転止め穴３７は、長穴形状であり、直線Ｌと平行に長手方向が位置している。また、回転止め穴３７は、直線Ｌに直交する横手方向の内壁３７１が、回転止めピン５３と当接する。
回転止めピン５３は、円柱状に設けられ、センサ本体５１の凹部５５から突出している。回転止めピン５３は、回転止め穴３７に対応する位置に設けられている。回転止めピン５３は、回転止め穴３７に嵌合することで、嵌合穴３６を中心とした筐体３とセンサ５との相対回転を規制するものである。

図５では、磁気回路部４に対する磁気検出素子５０の中心の相対回転軌道を一点鎖線Ｃで示している。本実施形態では、回転止めピン５３は、磁気回路部４に対する磁気検出素子５０の中心の相対回転軌道上に設けられている。すなわち、回転止めピン５３は、シャフト２の回転軸Ｏと回転止めピン５３の中心との距離が、シャフト２の回転軸Ｏと磁気検出素子５０の中心との距離と同一又はそれ以上となる位置に設けられる。さらに、シャフト２の回転軸Ｏと磁気検出素子５０の中心とを結ぶ直線と、シャフト２の回転軸Ｏと回転止めピン５３の中心とを結ぶ直線とのなす角は９０°又はそれ以上である。これにより、磁気検出素子５０と回転止めピン５３との距離を遠くすることが可能である。したがって、センサ５と筐体３との位置ずれを抑制することができる。

コネクタ５４は、直線Ｌに垂直で且つ回転止めピン５３の中心を含む面Ｔに対し、磁気検出素子５０とは反対側の位置でセンサ本体５１に設けられている。すなわち、コネクタ５４と磁気検出素子５０との間に、回転止めピン５３は設けられている。回転止めピン５３は、コネクタ５４からセンサ本体５１に伝わる振動が磁気検出素子５０に伝わることを防ぐことが可能である。
コネクタ５４には、図示していないハーネスが接続される。ハーネスからセンサ５に電力が供給されると、センサ５はシャフト２の回転位置に応じた電圧信号を出力する。その電圧信号は、ハーネスを経由して図示していない電子制御装置（ＥＣＵ）に伝送される。ＥＣＵは、その電圧信号に基づき、シャフト２の回転位置を検出する。

本実施形態の位置検出装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、センサ５は、筐体３の嵌合穴３６を中心とした回転が回転止めピン５３によって防がれ、直線Ｌ方向の位置ずれが直線Ｌ上で嵌合穴３６の内壁に当接する嵌合突起５２１によって防がれる。そのため、センサ５が有する磁気検出素子５０と、筐体３との位置ずれが防がれる。磁気回路部４は、筐体３に支持されたシャフト２と共に回転するものであるので、磁気検出素子５０と磁気回路部４との位置ずれが防がれる。したがって、位置検出装置１は、シャフト２の回転角を正確に検出することができる。

（２）本実施形態では、嵌合突起５２は、磁気検出素子５０を中心とした円周上で、嵌合穴３６の内壁に複数箇所で当接している。
これにより、センサ５と磁気検出素子５０と嵌合突起５２とを射出成形により一体に形成する場合、磁気検出素子５０と嵌合突起５２との間に入り込む金型の肉厚が磁気検出素子５０の全周において薄くなることを防ぐことが可能である。そのため、嵌合突起５２を円筒形状に構成することと比較して、射出成形に用いる金型の寿命を長くすることができる。

（３）本実施形態では、直線Ｌ上で、第１嵌合突起５２１と嵌合穴３６の内壁とが当接している。その第１嵌合突起５２１と嵌合穴３６の内壁とが当接する箇所を始点として、磁気検出素子５０を中心とした円周方向に１２０°またはそれ以下の間隔で、第２嵌合突起５２２と嵌合穴３６の内壁とが当接し、第３嵌合突起５２３と嵌合穴３６の内壁とが当接している。
これにより、嵌合突起５２と嵌合穴３６の内壁とは、３か所以上で当接するものとなる。そのため、嵌合突起５２は、円筒形状に構成された場合と同一の嵌合力を生じるものとなる。すなわち、嵌合突起５２は、嵌合穴３６を中心とした全ての径方向に対する磁気検出素子５０の位置ずれおよび傾きを防ぐと共に、その全ての径方向に対する筐体３とセンサ５との相対移動を防ぐことが可能である。

（４）本実施形態では、回転止め穴３７は、長穴形状であり、直線Ｌ上に長手方向が位置し、横手方向の内壁３７１が回転止めピン５３と当接する。
位置検出装置１は、回転止め穴３７を長穴としたことで、回転止め穴３７の横手方向の内壁３７１と回転止めピン５３とを確実に当接させると共に、その回転止め穴３７に回転止めピン５３を容易に組付けることが可能である。
さらに、回転止め穴３７の横手方向の内壁３７１と回転止めピン５３とが確実に当接することで、位置検出装置１は、嵌合穴３６を中心とした筐体３とセンサ本体５１との相対回転を確実に規制することができる。

（５）本実施形態では、嵌合突起５２は、磁気検出素子５０の磁気検出面に垂直な面Ｓに対して対称に設けられている。
これにより、筐体３に対する磁気検出素子５０の位置ずれおよび傾きを確実に防ぐことができる。

（６）本実施形態では、センサ５が有するコネクタ５４は、直線Ｌに垂直で且つ回転止めピン５３の中心を含む面Ｔに対し、磁気検出素子５０とは反対側の位置に設けられる。
これにより、コネクタ５４に接続されるハーネスからセンサ本体５１に対し振動等が伝わる場合でも、コネクタ５４と磁気検出素子５０との間に回転止めピン５３が設けられていることにより、その振動が磁気検出素子５０に伝わることが防がれる。そのため、位置検出装置１は、磁気検出素子５０の位置ずれを防ぎ、シャフト２の回転角を正確に検出することができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、嵌合突起５２を３分割として円弧状に形成した。これに対し、他の実施形態では、嵌合突起５２は分割することなく円筒形状としてもよい。この場合、嵌合突起５２は、嵌合穴３６の内壁に全周で当接するものとしてもよい。
また、他の実施形態では、嵌合突起５２は２個、または、３個以上に分割してもよい。

（２）上述した実施形態では、回転止め穴３７を長穴形状とした。これに対し、他の実施形態では、回転止め穴３７を円形または多角形としてもよい。

（３）上述した実施形態では、センサ５に回転止めピン５３を設け、筐体３に回転止め穴３７を設けた。これに対し、他の実施形態では、センサ５に回転止め穴３７を設け、筐体３に回転止めピン５３を設けてもよい。

（４）上述した実施形態では、磁気検出素子５０は、２個のホールＩＣを有するものとした。これに対し、他の実施形態では、磁気検出素子５０は、１個または３個以上のホールＩＣを有するものとしてもよく、または、磁気抵抗効果素子等を有するものとしてもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・位置検出装置
２ ・・・シャフト
３ ・・・筐体
４ ・・・磁気回路部
５ ・・・センサ
３６・・・嵌合穴
３７・・・回転止め穴
５０・・・磁気検出素子
５１・・・センサ本体
５２・・・嵌合突起
５３・・・回転止めピン

Claims (6)

1. シャフト（２）と、
   前記シャフトを軸周りに回転可能に支持する筐体（３）と、
   前記シャフトに固定され、前記シャフトと共に回転する磁気回路部（４）と、
   センサ本体（５１）、前記センサ本体から磁気回路部側へ突出する磁気検出素子（５０）、および、前記磁気検出素子の周囲の前記センサ本体から延びて前記筐体に設けられた嵌合穴（３６）に嵌合する嵌合突起（５２，５２１，５２２，５２３）を有し、前記筐体に取り付けられるセンサ（５）と、
   前記筐体の前記嵌合穴から離れた位置で前記センサ本体または前記筐体の一方に設けられる回転止め穴（３７）と、
   前記センサ本体または前記筐体の他方に設けられ、前記回転止め穴に嵌合することで前記嵌合穴を中心とした前記筐体と前記センサ本体との相対回転を規制する回転止めピン（５３）と、を備え、
   前記嵌合突起は、少なくとも一部が、前記磁気検出素子の中心と前記回転止めピンの中心とを結んだ直線（Ｌ）上で前記嵌合穴の内壁に当接するものである位置検出装置。
2. 前記嵌合突起は、前記磁気検出素子を中心とした円周上で、前記嵌合穴の内壁に複数箇所（Ｐ，Ｑ，Ｒ）で当接しているものである請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記嵌合突起は、前記磁気検出素子を中心とした円周上に３個以上設けられており、
   所定の前記嵌合突起（５２１）は、前記磁気検出素子の中心と前記回転止めピンの中心とを結んだ直線上で前記嵌合穴の内壁に当接し、
   他の複数の前記嵌合突起（５２２，５２３）は、前記磁気検出素子の中心と前記回転止めピンの中心とを結んだ直線上で所定の前記嵌合突起と前記嵌合穴の内壁とが当接する箇所（Ｐ）を始点として周方向に１２０°以下の間隔で前記嵌合穴の内壁に当接している請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記回転止め穴は、長穴形状であり、前記磁気検出素子の中心と前記回転止めピンの中心とを結んだ直線上に長手方向が位置し、その直線に直交する方向に前記回転止めピンと当接する横手方向の内壁（３７１）を有するものである請求項１から３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 前記嵌合突起は、前記磁気検出素子の磁気検出面に垂直な面（Ｓ）に対して対称に設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
6. 前記センサは、前記磁気検出素子の中心と前記回転止めピンの中心とを結ぶ直線に垂直で且つ前記回転止めピンの中心を含む面（Ｔ）に対し、前記磁気検出素子とは反対側の位置で前記センサ本体に設けられるコネクタ（５４）を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置。

Images