JP7306418B2 - Angle detection devices, angle detection systems, parking lock systems, and pedal systems - Google Patents
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Description
本発明は、磁気検出素子を備えた角度検出装置、角度検出システム、パークロックシステム、およびペダルシステムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an angle detection device, an angle detection system , a parking lock system, and a pedal system provided with a magnetic detection element.
これまでに、例えば内燃機関のスロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサ等に好適な角度検出装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1の角度検出装置では、回転する磁界発生手段が発生する磁束の変化を、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(SV-GMR素子)を用いて検出するようにしている。
2. Description of the Related Art An angle detection device suitable for a throttle opening sensor for detecting the opening of a throttle valve of an internal combustion engine, for example, has been proposed so far (see, for example, Patent Document 1). In the angle detection device of
また、磁気の検出を行う磁気検出素子と、その磁気検出素子の動作に必要な磁界を形成するためのマグネットと、それら磁気検出素子およびマグネットを覆う磁気シールドカバーとを備えた磁気検出型エンコーダが提案されている(例えば特許文献2参照)。
Also, there is provided a magnetic detection encoder comprising a magnetic detection element for detecting magnetism, a magnet for forming a magnetic field necessary for the operation of the magnetic detection element, and a magnetic shield cover covering the magnetic detection element and the magnet. It has been proposed (see
ところで、角度検出装置に対しては、角度検出精度のさらなる向上が求められている。 By the way, the angle detection device is required to further improve the angle detection accuracy.
したがって、高い検出精度を発現することのできる角度検出装置を提供することが望まれる。 Therefore, it is desired to provide an angle detection device capable of exhibiting high detection accuracy.
本発明の一実施態様としての角度検出装置は、磁気検出素子と、その磁気検出素子に印加される磁場を形成する磁場発生部材と、第1の方向において磁気検出素子と磁場発生部材との間に配置されたヨークとを備える。磁場発生部材およびヨークと、磁気検出素子とは、第1の方向に沿った回転軸を中心として相対的に回転可能に設けられている。ヨークは、回転軸と直交する面において、回転軸を中心とする円の円周方向に沿って円弧状に湾曲した平面形状を有する。ヨークは、回転軸と直交する面に沿って回転軸から遠ざかるほど第1の方向の寸法が増大する部分を含む。 An angle detection device as an embodiment of the present invention includes a magnetic detection element, a magnetic field generation member that forms a magnetic field applied to the magnetic detection element, and a magnetic field between the magnetic detection element and the magnetic field generation member in a first direction. a yoke positioned in the The magnetic field generating member , the yoke, and the magnetic detection element are provided relatively rotatable around a rotation axis along the first direction. The yoke has a planar shape curved in an arc along the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis on a plane orthogonal to the rotation axis. The yoke includes a portion whose dimension in the first direction increases with increasing distance from the axis of rotation along a plane orthogonal to the axis of rotation.
本発明の一実施態様としての角度検出装置では、ヨークが、回転軸と直交する面において回転軸を中心とする円の円周方向に沿って円弧状に湾曲した平面形状を有すると共に、回転軸と直交する面に沿って回転軸から遠ざかるほど第1の方向の寸法が増大する部分を含む。このため、例えば磁気検出素子と磁場発生部材およびヨークとの相対的な位置にずれが生じた場合であっても、磁気検出素子による検出角度誤差への影響が及びにくくなっている。 In the angle detection device as one embodiment of the present invention, the yoke has a planar shape curved in an arc along the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis in a plane perpendicular to the rotation axis. along a plane perpendicular to the axis of rotation, the dimension in the first direction increases with increasing distance from the axis of rotation. For this reason, even if there is a deviation in the relative positions of the magnetic detection element, the magnetic field generating member , and the yoke, the magnetic detection element is less likely to affect the detection angle error.
本発明の一実施態様としての角度検出装置によれば、磁気検出素子と磁場発生部材およびヨークとの相対的な位置にずれが生じた場合であっても高い角度検出精度を得ることができる。 According to the angle detection device as one embodiment of the present invention, high angle detection accuracy can be obtained even when the relative positions of the magnetic detection element, the magnetic field generating member , and the yoke are displaced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1. 一実施の形態
2. 実験例
3. 適用例
4. その他の変形例
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. one embodiment;2. Experimental example 3. Application example 4. Other variations
<1.一実施の形態>
[角度検出システム100の構成]
最初に、図1Aから図3を参照して、本発明における一実施の形態としての角度検出システム100の構成について説明する。
<1. one embodiment>
[Configuration of Angle Detection System 100]
First, the configuration of an
図1Aは、角度検出システム100の全体構成例を表す斜視図である。図1Bは、角度検出システム100を構成する角度検出装置10(後述)の分解斜視図である。図2は、角度検出システム100のうちの磁場発生モジュール2(後述)の、回転軸J1(後述)と直交する面内における相互の位置関係を説明するための平面模式図である。なお、本出願でいう直交とは、完全な直交である90°で交わること、という概念に加え、ほぼ直交(例えば90°±5°程度で交わること)という概念も含むものである。したがって、図2に示した平面模式図は、回転軸J1に対して90°から多少ずれた角度の平面を表すものであってもよい。図2では、センサモジュール1(後述)のうちのセンサチップ11(後述)から磁場発生モジュール2を眺めた様子を表している。ただし、図2では、センサモジュール1に含まれる磁気検出素子41(後述)の輪郭、磁気シールド12(後述)の断面、および磁場発生モジュール2を支持する支持体4(後述)の輪郭についてもそれぞれ実線または破線で記載している。図3は、角度検出装置10の、回転軸J1に沿った断面を表す断面図である。ただし、図3には、支持体4についても併せて記載している。角度検出システム100は、例えば回転動作を行う回転部材の回転角を検出する装置であり、例えば自動車等に搭載される内燃機関のスロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサとして適用可能である。
FIG. 1A is a perspective view showing an example of the overall configuration of the
図1Aに示したように、角度検出システム100は、例えば角度検出装置10と支持体3と支持体4とを備えている。角度検出装置10は、例えば、センサモジュール1と、磁場発生モジュール2とを備えている。センサモジュール1は、例えば支持体3により支持されており、磁場発生モジュール2は、例えば支持体4により支持されている。磁場発生モジュール2は、例えば磁場発生部20とヨーク部30とを備えている。磁場発生部20は、センサモジュール1において検出される検出対象磁場を形成する磁場発生部材を有しており、センサモジュール1に対して回転軸J1を中心として例えば回転方向R1へ回転可能に設けられている。センサモジュール1は、後述するように、磁気検出素子を有している。この磁気検出素子は、例えば磁場発生部材の形成する検出対象磁場の強度や検出対象磁場の向きなどを検出する。ヨーク部30は、回転軸方向において磁場発生部20とセンサモジュール1との間であって検出対象磁場の影響が及ぶ磁場影響領域に配置され、磁場発生部20と一体に回転可能に設けられている。
As shown in FIG. 1A, the
(センサモジュール1)
センサモジュール1は、例えばセンサチップ11と、磁気シールド12と、端子部13と、ホルダ14と、回路基板15とを有している。センサチップ11は、例えば回転軸J1の上に配置されている。センサチップ11の、回転軸J1と直交する面内の中心位置CPは、回転軸J1と一致しているとよい。センサチップ11は、図2に示したように、上記磁気検出素子として例えば磁気検出素子41を有している。磁気検出素子41は、例えば磁場発生部材の形成する検出対象磁場の強度を検出する。磁気検出素子41は、例えばホール素子などの、磁場の強度を検出可能な素子である。磁気検出素子41は、例えば回転軸J1と直交する面に沿った感度軸を有している。すなわち、磁気検出素子41がホール素子である場合、磁気検出素子41は回転軸J1と直交する面に沿った磁場強度を検出できる。なお、磁気検出素子41は、回転軸J1と直交する面内において、中心位置CPにあるとよい。
(Sensor module 1)
The
磁気シールド12は、例えば図3に示したように、第1シールド部分121と、第2シールド部分122とを有している。第1シールド部分121と、第2シールド部分122とは、互いに一体化されているとよい。磁気シールド12は、第1シールド部分121と第2シールド部分122とが一括形成されることで一体化したものであってもよい。また、磁気シールド12は、第1シールド部分121と第2シールド部分122とがそれぞれ個別に形成されたものを接着剤等で一体化したものであってもよい。また、第1シールド部分121と、第2シールド部分122とは、一体化されていなくとも、互いに磁気的に繋がったものであればよい。第1シールド部分121および第2シールド部分122は、例えばパーマロイ(NiFe)などの軟質強磁性材料により構成され得る。
The
第1シールド部分121は、回転軸J1の方向と直交する面に沿ってセンサチップ11を取り囲むように設けられている。第1シールド部分121は、例えば略円筒状の形状を有する。但し、第1シールド部分121の内面および外面の平面形状は、円に限定されるものではなく、楕円形状や多角形状であってもよい。また、第1シールド部分121は、ヨーク部30の一部もしくは全部、および磁石21,22の一部もしくは全部をも、回転軸方向と直交する面に沿って取り囲むように設けられていてもよい。
The
第2シールド部分122は、センサチップ11から見て磁場発生モジュール2と反対側に設けられている。第2シールド部分122は、例えば回転軸J1と直交する面に沿って延在する円板状の部材である。第2シールド部分122には、ホルダ14が取り付けられている。ホルダ14は、突起部14Tを有している。突起部14Tが、第2シールド部分122に設けられている開口12K1に圧入されることで、ホルダ14が第2シールド部分122に固定されるようになっている。ホルダ14には、端子部13が立設しており、第2シールド部分122に設けられている開口12K2を貫いている。端子部13は、例えば本体131とリード132とを含んでいる。本体131はホルダ14と一体化されたものであってもよい。ホルダ14の、第2シールド部分122と反対側の面には回路基板15が取り付けられている。回路基板15には、リード132の端部が接続されている。さらに、回路基板15の、ホルダ14と反対側にはセンサチップ11が設けられている。センサチップ11からの信号は回路基板15と、リード132とを介して外部へ取り出すことができるようになっている。なお、第1シールド部分121に開口12K2を設け、その開口12K2を回転軸J1と直交する方向に貫くように端子部13を設けるようにしてもよい。但し、第1シールド部分121に開口12K2を設けるよりも第2シールド部分122に開口12Kを設けるようにしたほうが、磁気シールド12によるセンサチップ11に対する磁場の遮蔽効果を高めることができる。
The
(磁場発生部20)
磁場発生部20は、例えば磁場発生部材としての磁石21および磁石22を有している。磁石21および磁石22は、いずれも、略立方体形状または略直方体形状などの、基本的に平面のみを有する形状を有しているとよい。磁石21および磁石22は、回転軸J1の周囲に互いに離間して配置されている。例えば、磁石21と回転軸J1との距離が磁石22と回転軸J1との距離と等しくなっているとよい。ここでいう磁石21と回転軸J1との距離、および磁石22と回転軸J1との距離とは、例えば図2に示したように、例えば回転軸J1と直交する面における、磁石21の幾何学的な中心位置P21と回転軸J1との距離21D、および磁石22の幾何学的な中心位置P22と回転軸J1との距離22Dである。磁気検出素子41は、回転軸J1と直交する面に沿った面内方向において、回転軸J1の位置と一致する位置に配置されているとよい。また、磁石21および磁石22における各々の材料、形状および大きさは、互いに実質的に同じであるとよい。磁石21および磁石22は、例えば回転軸J1を挟んで対向するように、回転軸J1に対して回転対称の位置に設けられているとよい。また、図3に示したように、磁石21および磁石22は、いずれも回転軸方向に着磁されている。磁石21および磁石22の各々の構成材料としては、例えばNdFeBなどのネオジム系磁石材料のほか、SmCoなどの希土類磁石材料が挙げられる。
(Magnetic field generator 20)
The
(ヨーク部30)
ヨーク部30は、例えば回転軸J1の周囲において互いに離間して配置されたヨーク31およびヨーク32を有している。ヨーク31およびヨーク32は、例えば、回転軸J1と直交する断面において、回転軸J1を中心として回転する方向、すなわち回転方向R1に沿って円弧状に湾曲した平面形状をそれぞれ有する。回転軸J1からみた円弧状のヨーク31,32の中心角は、例えば磁気検出素子41の位置と、磁石21の位置と、磁石22の位置と、磁気シールド12の位置との組み合わせなどにより決定される。
(Yoke portion 30)
The
ヨーク31,32は、それぞれ、回転軸J1と直交する面に沿って回転軸J1から遠ざかるほど回転軸方向の高さ寸法が増大する部分を含んでいる。具体的には、ヨーク31では、例えば回転軸J1と対向する内側の端面の高さ寸法31H1が最も小さく、回転軸J1と反対側である外側の端面の高さ寸法31H2が最も大きい。ヨーク31では、その上面S31が傾斜面となっている。傾斜面である上面S31は、回転軸J1に対して傾斜していると共に回転軸J1と直交する面に対しても傾斜している。なお、図1Bおよび図3に示した例ではヨーク31の上面S31が傾斜面となっているが、ヨーク31の下面、すなわち、磁石21と対向する面が傾斜面となっていてもよい。但し、ヨーク31のうちの磁石21と対向する面が傾斜面である場合、磁石21の上面、すなわち、磁石21のうちのヨーク31と対向する面もヨーク31の傾斜面に沿った傾斜面となっているとよい。いずれにせよ、ヨーク31と磁石21とが、それらの間に隙間が生じないように、互いに密接した状態となっているとよい。同様に、ヨーク32では、例えば回転軸J1と対向する内側の端面の高さ寸法32H1が最も小さく、回転軸J1と反対側である外側の端面の高さ寸法32H2が最も大きい。ヨーク32では、その上面S32が傾斜面となっている。傾斜面である上面S32は、回転軸J1に対して傾斜していると共に回転軸J1と直交する面に対しても傾斜している。なお、図1Bおよび図3に示した例ではヨーク32の上面S32が傾斜面となっているが、ヨーク32の下面、すなわち、磁石22と対向する面が傾斜面となっていてもよい。但し、ヨーク32のうちの磁石22と対向する面が傾斜面である場合、磁石22の上面、すなわち、磁石22のうちのヨーク32と対向する面もヨーク32の傾斜面に沿った傾斜面となっているとよい。いずれにせよ、ヨーク32と磁石22とが、それらの間に隙間が生じないように、互いに密接した状態となっているとよい。
Each of the
ヨーク31およびヨーク32は、例えば回転軸J1を挟んで対向するように、回転軸J1に対して回転対称の位置に設けられているとよい。ヨーク31およびヨーク32は、それぞれ、例えば回転軸方向において磁石21および磁石22と重なり合う位置にある。また、図3に示したように、ヨーク31およびヨーク32は、それぞれ、磁石21および磁石22と接するように設けられている。なお、ヨーク31およびヨーク32は、それぞれ、磁石21および磁石22から離間して配置されていてもよい。但し、ヨーク31およびヨーク32は、それぞれ、磁石21および磁石22と磁気的に繋がっていることが好ましい。また、例えばヨーク31と回転軸J1との距離がヨーク32と回転軸J1との距離と等しくなっているとよい。ここでいうヨーク31と回転軸J1との距離、およびヨーク32と回転軸J1との距離とは、例えば図2に示したように、例えば回転軸J1と直交する面における、ヨーク31の幾何学的な中心位置P31と回転軸J1との距離31D、およびヨーク32の幾何学的な中心位置P32と回転軸J1との距離32Dである。なお、本実施の形態の磁場発生モジュール2では、ヨーク31の中心位置P31が磁石21の中心位置P21と一致していると共にヨーク32の中心位置P32が磁石22の中心位置P22と一致しており、すなわち距離21D,22D,31D,32Dが全て一致している場合を例示している。したがって、磁気検出素子41は、回転軸J1と直交する面に沿った面内方向において、回転軸J1上に位置する。さらに、ヨーク31およびヨーク32における各々の材料、形状および大きさは、互いに実質的に同じであるとよい。したがって、例えば高さ寸法31H1と高さ寸法32H1とが互いに実質的に同じであり、高さ寸法31H2と高さ寸法32H2とが互いに実質的に同じであるとよい。また、回転軸J1に対する傾斜面S31の傾斜角度と、回転軸J1に対する傾斜面S32の傾斜角度とが互いに実質的に同じであるとよい。ここで、回転軸方向における磁石21の高さ寸法21Hは、回転軸方向におけるヨーク31の高さ寸法31H2よりも大きい。同様に、回転軸方向における磁石22の高さ寸法22Hは、回転軸方向におけるヨーク32の高さ寸法32H2よりも大きい。ヨーク31およびヨーク32の各々の構成材料としては、例えばNiFeなどの軟磁性材料が挙げられる。
The
先に述べたように、角度検出装置10では、第1シールド部分121が、ヨーク部30の一部もしくは全部、および磁石21,22の一部もしくは全部をも、回転軸J1と直交する面に沿って取り囲むように設けられているとよい。その場合、図3に示したように、角度検出装置10では、第1シールド部分121の内面IS121と回転軸J1との距離121Dは、磁石21の外面OS21と回転軸J1との距離21D2よりも長くなっている。また、第1シールド部分121の内面IS121と回転軸J1との距離121Dは、ヨーク31の外面OS31と回転軸J1との距離31D2よりも長くなっている。なお、図3では、距離21D2と距離31D2とが一致している構成例を示している。同様に、距離121Dは、磁石22の外面OS22と回転軸J1との距離22D2よりも長くなっている。距離121Dは、ヨーク32の外面OS32と回転軸J1との距離32D2よりも長くなっている。なお、図3では、距離22D2と距離32D2とが一致している構成例を示している。さらに、図3に示したように、磁石21,22の各々の少なくとも一部は、回転軸J1の方向と直交する面に沿った面方向において、第1シールド部分121と重なり合うように設けられているとよい。
As described above, in the
(支持体4)
支持体4は、磁石21および磁石22を支持するための部材であり、例えば円板状の形状を有している。支持体4は、例えばその中央に取付穴4Kを有しており、ねじなどによって回転体に取り付け可能に構成されている。角度検出システム100が、上述したスロットル開度センサとして適用される場合、支持体4は例えば回転体であるスロットルバルブの回転シャフトに連結され、支持体3は例えば内燃機関のフレーム等に固定されることとなる。ヨーク31およびヨーク32は、例えば磁石21および磁石22に固定される。ただし、ヨーク31およびヨーク32は、支持体4に直接固定されずに間接的に固定されるようになっていてもよい。いずれにせよ、磁場発生部20およびヨーク部30は支持体4と一体となって回転方向R1に回転可能に設けられている。
(Support 4)
The
[角度検出システム100の動作]
角度検出システム100では、支持体4が取り付けられた回転体(例えばスロットルバルブの回転シャフト)が回転すると、支持体4、磁場発生部20およびヨーク部30は一体となって回転方向R1に回転する。これに伴い、センサモジュール1のセンサチップ11を通過する検出対象磁場(磁束)の向きが周期的に変化することとなる。その結果、センサチップ11における磁気検出素子41では、磁場発生モジュール2の回転角度に応じて正弦曲線を描くように変化する強度の磁場(磁束)が検出される。したがって、磁気検出素子41において検出される磁場(磁束)の値から磁場発生モジュール2が固定された回転体の回転角度を求めることができる。
[Operation of Angle Detection System 100]
In the
[角度検出システム100の作用効果]
上記実施の形態の角度検出システム100の角度検出装置10は、センサモジュール1と、磁場発生モジュール2とを備えている。センサモジュール1は、センサチップ11と磁気シールド12とを有する。センサチップ11は、磁気検出素子41を含む。磁気シールド12は、磁気検出素子41を取り囲むように設けられている。磁場発生モジュール2は、磁場発生部20とヨーク部30とを有する。磁場発生部20は、磁石21,22を含む。ヨーク部30は、ヨーク31,32を含む。磁石21,22は、磁気検出素子41に印加される磁場を形成するようになっている。ヨーク31,32は、回転軸方向において磁気検出素子41と磁石21,22との間に配置されている。
[Effects of Angle Detection System 100]
The
このように、角度検出装置10は、磁気シールド12を有するので、磁気検出素子41が磁気ノイズキャンセル機能を有しないものであっても、例えば図4に示した第1の参考例としての角度検出装置110Aのように磁気シールド12に相当する構成要素を設けない場合と比較して、角度検出精度が向上する。すなわち、角度検出装置10によれば、センサモジュール1と、磁場発生モジュール2との相対角度の変化を高い精度で検出することができる。磁場発生部20が発生する磁場以外の不要な外乱磁場を磁気シールド12が遮蔽し、磁気検出素子41に及ぶ外乱磁場を低減するからである。特に、本実施の形態の角度検出装置10では、磁気シールド12が、第1シールド部分121および第2シールド部分122が連結された構造を有する。このため、回転軸J1と直交する面内方向に沿った外乱磁場を第1シールド部分121により遮蔽し、回転軸J1に沿った回転軸方向の外乱磁場を第2シールド部分122により遮蔽することができる。よって、磁気検出素子41に及ぶ外乱磁場の強度を極めて小さくすることができる。なお、センサチップ11から見て第2シールド部分122と反対側は磁気シールド12の開口となっているが、その開口には磁気検出素子41に印加する磁場を生成する磁石21,22が設けられている。よって、磁気シールド12の開口から進入してセンサチップ11に及ぶ外乱磁場の影響は十分に小さく低減できる。なお、図4は、第1の参考例としての角度検出装置110Aの断面図であり、本実施の形態の角度検出装置10の断面図である図3に対応するものである。但し、磁気検出素子41が磁気ノイズキャンセル機能を有するなど、外乱磁場の影響を低減するための他の対策が講じられている場合は、磁気シールド12を設けなくともよい。
As described above, since the
図5は、回転軸J1に対して直交する面内に3000A/mの外乱磁場を付与しつつ角度検出を行った際の、本実施の形態の角度検出装置10と第1の参考例としての角度検出装置110A(図4)との検出角度誤差を比較した結果の一例である。図5では、横軸がセンサチップ11に対する磁場発生モジュール2の回転角度[deg.]を示し、縦軸が、センサチップ11により検出される角度の誤差[deg.]を示す。曲線C10が本実施の形態の角度検出装置10の角度誤差を表し、曲線C110Aが第1の参考例の角度検出装置110Aの角度誤差を表している。図5に示したように、第1の参考例としての角度検出装置110Aでは、およそ±4[deg.]程度の角度誤差を生じるところ、本実施の形態の角度検出装置10では±0.5[deg.]以内の角度誤差に抑えることができている。したがって、磁気シールド12を設けることは、外乱磁場による検出角度誤差を低減するのに極めて有効である。
FIG. 5 shows the
さらに、角度検出装置10では、磁石21,22が回転軸J1の方向に沿って着磁されている。このため、例えば磁石21,22が回転軸J1と直交する面内方向に沿って着磁されている場合と比較して、磁石21,22が形成する磁場の磁束が磁気シールド12(のうちの特に第1シールド部分121)に吸収されるのを回避しやすい。例えば図6Aに示した第2の参考例としての角度検出装置110Bは、磁石21,22の代わりに、回転軸J1と直交する面内方向に沿って着磁された環状磁石200を有している。なお、環状磁石200の組成および体積は、磁石21,22の組成および合計の体積と同じとする。図6Aは、第2の参考例としての角度検出装置110Bの磁束密度分布を模式的に表した図である。また、図6Bに、図6Aの角度検出装置に用いられる環状磁石の構成例を拡大して示す。環状磁石200の中央には開口200Kが設けられている。図6Aの角度検出装置110Bでは、環状磁石200により発生した磁場の磁束の一部が磁気シールド12に吸収されてしまいやすい。図6Aでは、曲線Lv1で囲んだレベル1の領域が最も高い磁束密度を有することを表す。以下、曲線Lv2で囲んだレベル2の領域、曲線Lv3で囲んだレベル3の領域、曲線Lv4で囲んだレベル4の領域の順に徐々に磁束密度が低くなることを表している。図6Aに示したように、第2の参考例としての角度検出装置110Bでは、磁気シールド12のほぼすべてがレベル1の領域となっている。また、角度検出装置110Bでは、センサチップ11に及ぶ磁界の磁束密度がレベル4未満であることがわかる。
Furthermore, in the
これに対し、図6Cは、本実施の形態の角度検出装置10の磁束密度分布を模式的に表している。図6Cに示したように、本実施の形態の角度検出装置10では、磁石21,22が回転軸J1の方向に沿って着磁されていることから、磁気シールド12がレベル3の領域もしくはレベル4の領域となっており、磁石21,22が形成する磁場のうち磁気シールド12に吸収される成分が抑えられていることがわかる。また、角度検出装置10では、センサチップ11に及ぶ磁界の磁束密度がレベル4であることがわかる。したがって、本実施の形態の角度検出装置10によれば、磁石21,22が形成する磁場を効果的に磁気検出素子41に印加することができることがわかる。一例として、同じ材料により形成した磁石21,22をセンサチップ11に対して同じ距離に配置し、センサチップ11に対して同じ強度の磁束密度を印加すると仮定した場合、第2の参考例としての角度検出装置110Bでは本実施の形態の角度検出装置10に比べて磁石21,22の体積が約2.84倍となる。本実施の形態の角度検出装置10では、磁気シールド12を設けることで約20%の磁束密度の低下が生じるところ、第2の参考例としての角度検出装置110Bでは磁気シールド12を設けることで約62%の磁束密度の低下が生じる。
On the other hand, FIG. 6C schematically represents the magnetic flux density distribution of the
以上のことから、本実施の形態の角度検出装置10によれば、磁石21,22の形成磁場を検出する磁気検出素子41が配置される位置での有効磁束密度の低下を抑制しつつ、外乱磁場の影響を小さくすることができると言える。さらに、磁石21,22が回転軸方向に沿って着磁されているので、例えば回転軸J1と直交する面内方向に磁石21,22が着磁されている場合と比較して高い磁束密度の磁場を磁気検出素子41に印加することができる。
As described above, according to the
また、本実施の形態の角度検出装置10では、磁石21,22と一体に回転可能に設けられたヨーク31,32を備えるようにした。このため、例えばヨークを設けない場合と比較して、角度検出精度が向上する。
Further, the
さらに、本実施の形態の角度検出装置10では、ヨーク31,32が、回転軸J1と直交する面において、回転軸J1を中心とする円の円周方向に沿って円弧状に湾曲した平面形状を有するうえ、回転軸J1と直交する面に沿って回転軸J1から遠ざかるほど回転軸J1に沿った高さ寸法が増大する部分を含むようにしている。このため、例えば磁気検出素子41を含むセンサチップ11と磁石21,22およびヨーク31,32との相対的な位置にずれが生じた場合であっても、磁気検出素子41による検出角度誤差への影響が及びにくくなっている。これは、ヨークが回転軸J1を中心とする円の円周方向に沿って円弧状に湾曲した平面形状を有さない場合、あるいは、ヨークが回転軸J1と直交する面に沿って回転軸J1から遠ざかるほど回転軸J1に沿った高さ寸法が増大する部分を含まない場合と比較して、本実施の形態の角度検出装置10では、回転軸J1の近傍において磁束密度が一定の空間領域が広がるためである。
Further, in the
また、本実施の形態の角度検出装置10のように、ヨーク31,32がそれぞれ回転軸方向において磁石21,22と重なり合う位置に配置されている場合、ヨーク31,32がそれぞれ回転軸方向において磁石21,22と重なり合わない位置にある場合と比較して、ヨーク31,32の集磁効果が向上し、センサチップ11の近傍領域における検出対象磁場の強度分布、すなわち磁束密度の分布のばらつきが低減される。その結果、角度検出精度がより向上する。
Further, when the
また、本実施の形態の角度検出装置10のように、ヨーク31,32がそれぞれ回転軸方向において磁石21,22と接するように配置されている場合、ヨーク31,32がそれぞれ磁石21,22と離間して配置されている場合と比較して、ヨーク31,32の集磁効果が向上し、センサチップ11の近傍領域における検出対象磁場の強度分布、すなわち磁束密度の分布のばらつきが低減される。その結果、角度検出精度がより向上する。
Further, when the
また、本実施の形態の角度検出装置10のように、回転軸方向における磁石21,22の高さ寸法21H,22Hが、それぞれ、回転軸方向におけるヨーク31,32の高さ寸法31H2,32H2よりも大きくなるようにすると、磁石21,22の体積とヨーク31,32の体積とのバランスを良好に保つことができる。このため、より高い強度の検出対象磁場を効果的にセンサチップ11に供給しつつ、全体として特に回転軸方向の寸法を縮小化するのに有利となる。
Further, like the
また、本実施の形態の角度検出装置10のように、磁石21および磁石22が回転軸方向に着磁されていると、回転軸方向に沿った感度軸を有する磁気検出素子41に対して回転軸方向に沿った検出対象磁場を効果的に付与することができる。
Further, when the
また、本実施の形態の角度検出装置10によれば、磁石21および磁石22は、いずれも略立方体形状または略直方体形状を有するようにしたので、例えば円弧状をなす磁石と比較して、磁石21および磁石22を作製する際の加工性に優れ、例えば量産性の面で有利である。
Further, according to the
また、本実施の形態の角度検出装置10のように、磁場発生部20が回転軸J1の周囲において互いに離間して配置された一組の磁石21および磁石22を有するようにした場合、磁場発生部20が1つの磁石のみを有する場合と比較して、角度検出精度を損なわずに磁石21および磁石22の合計の体積を低減することができ、軽量化を図ることができる。
Further, when the
また、本実施の形態の角度検出装置10において、磁石21の材料、形状および大きさと磁石22の材料、形状および大きさとをそれぞれ互いに実質的に同じにすれば、それらが互いに異なる場合と比較して、角度検出精度をより向上させることができる。さらに、距離21Dと距離22Dとが一致するようにすれば、距離21Dと距離22Dとが異なる場合と比べて、角度検出精度をより向上させることができる。センサモジュール1に付与される検出対象磁場の、磁場発生モジュール2の回転角度に起因するばらつきが低減されるからである。
Further, in the
また、本実施の形態の角度検出装置10のように、ヨーク31,32が回転軸J1と直交する面において、回転方向R1に沿って円弧状に湾曲した平面形状を有するようにした場合、ヨーク31,32が例えば直線状に延在する平面形状を有する場合と比較して、角度検出精度をより向上させることができる。センサモジュール1に付与される検出対象磁場の、磁場発生モジュール2の回転角度に起因するばらつきが低減されるからである。
Further, as in the
また、ヨーク部30が、回転軸J1の周囲において互いに離間して配置されたヨーク31およびヨーク32を有するようにした場合、例えばヨーク31とヨーク32とが繋がって1つの円環状をなす場合と比較して、軽量化を図ることができる。
Further, when the
また、ヨーク31およびヨーク32が、回転軸J1に対して回転対称の位置に設けられるようにすれば、それらが回転対称の位置にない場合と比較して、角度検出精度をより向上させることができる。さらに、距離31Dと距離32Dとが一致するようにすれば、距離31Dと距離32Dとが異なる場合と比べて、角度検出精度をより向上させることができる。これらはいずれも、センサモジュール1に付与される検出対象磁場の、磁場発生モジュール2の回転角度に起因するばらつきが低減されるからである。
Further, if the
<2.実験例>
次に、図1に示した上記実施の形態の角度検出装置10について、ヨーク31,32の形状と、検出角度誤差との関係について調べた。
<2. Experimental example>
Next, the relationship between the shape of the
(実験例1-1)
上記実施の形態の角度検出装置10について、回転軸J1と直交する面内での磁気検出素子41の中心位置CPが、回転軸J1の位置から0mm~1.0mmの範囲でずれたときの検出角度誤差を調べた。その結果を図7に曲線C1-1で示す。ここでは、磁石21,22が形成する磁場以外の外部磁場を印加しないようにして磁場発生モジュール2の回転動作を行った際のセンサモジュール1が検出する磁場発生モジュール2の回転角度の誤差をシミュレーションにより求めた。また、磁石21および磁石22はネオジム磁石(ネオジム、 鉄、 ホウ素を主成分とする希土類磁石)とし、磁石21および磁石22の各々の寸法は6.0mm×2.5mm×5.0mmとし、距離21Dおよび距離22Dは4.75mmとした。また、円弧状のヨーク31,32の各々の材質はSPCC(普通鋼)とし、ヨーク31,32の中心角はそれぞれ90°とし、ヨーク31,32の高さ寸法31H1,32H1は0.5mmとし、ヨーク31,32の高さ寸法31H2,32H2はそれぞれ2.5mmとした。さらに、回転軸方向におけるヨーク31,32と磁気検出素子41との距離は1mmとした。
(Experimental example 1-1)
Regarding the
(実験例1-2)
ヨーク31,32を含むヨーク部30の代わりに、図8Aに示したヨーク31A,32Aを含むヨーク部30Aを用いるようにしたことを除き、他は実験例1-1と同様にして回転角度の誤差をシミュレーションにより求めた。その結果を図7に曲線C1-2で示す。ヨーク31A,32Aは、円環状部材の一部分をなすような平面形状を有するものの、回転軸方向において実質的に一定の高さ寸法を有する軟質強磁性体である。なお、ヨーク31A,32Aの組成および体積は、ヨーク31,32の組成および体積と同じとした。
(Experimental example 1-2)
Except that instead of the
(実験例1-3)
ヨーク31,32を含むヨーク部30の代わりに、図8Bに示したヨーク31B,32Bを含むヨーク部30Bを用いるようにしたことを除き、他は実験例1-1と同様にして回転角度の誤差をシミュレーションにより求めた。その結果を図7に曲線C1-3で示す。ヨーク31B,32Bは、傾斜面S31B,S32Bを有するものの、回転軸J1と直交する面内方向において湾曲せずに直線状に延在する、略三角柱状の軟質強磁性体である。なお、ヨーク31B,32Bの組成および体積は、ヨーク31,32の組成および体積と同じとした。
(Experimental example 1-3)
Except that instead of the
(実験例1-4)
ヨーク31,32を用いないようにしたことを除き、他は実験例1-1と同様にして回転角度の誤差をシミュレーションにより求めた。その結果を図7に曲線C1-4で示す。
(Experimental example 1-4)
The rotation angle error was obtained by simulation in the same manner as in Experimental Example 1-1, except that the
(実験例1-5)
図6Aに示したように回転軸J1と直交する面内方向に着磁された環状磁石200を用いるようにしたこと、およびヨーク31,32を用いないようにしたこと、を除き、他は実験例1-1と同様にして回転角度の誤差をシミュレーションにより求めた。その結果を図7に曲線C1-5で示す。
(Experimental example 1-5)
Except for using an
図7に示したように、各実験例では、いずれも、回転軸J1の位置に対する中心位置CPの軸ずれ量[mm]が大きくなるほど検出角度誤差が増大することが確認された。しかしながら、本実施の形態の角度検出装置10に対応する実験例1-1では、他の実験例1-2~1-5と比較して、十分に検出角度誤差が低減されることが確認できた。
As shown in FIG. 7, in each experimental example, it was confirmed that the detected angle error increased as the amount of misalignment [mm] of the center position CP with respect to the position of the rotation axis J1 increased. However, in Experimental Example 1-1 corresponding to the
(実験例2-1)
続いて、上記実施の形態で説明した図3の角度検出装置10について、磁石21,22が生成する磁場のうち、図3の紙面左右方向、すなわち磁石21と磁石22とが対向する方向の磁場成分の磁束密度分布をシミュレーションによって求めた。なお、磁気検出素子41は、磁石21と磁石22とが対向する方向の磁場の強度を検出するようになっている。図9Aは、実験例2-1としての角度検出装置10の、磁石21と磁石22との対向方向の磁場成分の磁束密度分布を模式的に表すコンター図である。なお、図9Aでは、磁石21およびヨーク31と磁石22およびヨーク32との間の空間領域についての磁束密度分布を示しており、他の空間領域についての磁束密度分布は記載を省略している。また、図9Bは、実験例2-1としての角度検出装置10についての、回転軸J1と直交する平面に沿ったセンサチップ11の近傍での磁束密度のベクトルを模式的に表す説明図である。なお、図9Aおよび図9Bでは、磁石21およびヨーク31と磁石22およびヨーク32とが対向する方向をX軸方向とし、回転軸J1の方向をZ軸方向とし、X軸方向およびZ軸方向と直交する方向をY軸方向としている。
(Experimental example 2-1)
Next, regarding the
(実験例2-2)
次に、ヨーク部30を図8Aに示したヨーク部30Aに代替したことを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置10Aについて、上記実験例2-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。図10Aは、実験例2-2としての角度検出装置10Aの、磁石21と磁石22との対向方向の磁場成分の磁束密度分布を模式的に表すコンター図である。なお、図10Aでは、磁石21およびヨーク31Aと磁石22およびヨーク32Aとの間の空間領域についての磁束密度分布を示しており、他の空間領域についての磁束密度分布は記載を省略している。また、図10Bは、実験例2-2としての角度検出装置10Aについての、回転軸J1と直交する平面に沿ったセンサチップ11の近傍での磁束密度のベクトルを模式的に表す説明図である。なお、図10Aおよび図10Bでは、磁石21およびヨーク31Aと磁石22およびヨーク32Aとが対向する方向をX軸方向とし、回転軸J1の方向をZ軸方向とし、X軸方向およびZ軸方向と直交する方向をY軸方向としている。
(Experimental example 2-2)
Next, regarding the
(実験例2-3)
次に、ヨーク部30を図8Bに示したヨーク部30Bに代替したことを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置10Bについて、上記実験例2-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。図11Aは、実験例2-3としての角度検出装置10Bの、磁石21と磁石22との対向方向の磁場成分の磁束密度分布を模式的に表すコンター図である。なお、図11Aでは、磁石21およびヨーク31Bと磁石22およびヨーク32Bとの間の空間領域についての磁束密度分布を示しており、他の空間領域についての磁束密度分布は記載を省略している。また、図11Bは、実験例2-3としての角度検出装置10Bについての、回転軸J1と直交する平面に沿ったセンサチップ11の近傍での磁束密度のベクトルを模式的に表す説明図である。なお、図11Aおよび図11Bでは、磁石21およびヨーク31Bと磁石22およびヨーク32Bとが対向する方向をX軸方向とし、回転軸J1の方向をZ軸方向とし、X軸方向およびZ軸方向と直交する方向をY軸方向としている。
(Experimental example 2-3)
Next, regarding the
(実験例2-4)
次に、ヨーク31,32を有しないことを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置10Cについて、上記実験例2-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。図12Aは、実験例2-4としての角度検出装置10Cの、磁石21と磁石22との対向方向の磁場成分の磁束密度分布を模式的に表すコンター図である。なお、図12Aでは、磁石21と磁石22との間の空間領域についての磁束密度分布を示しており、他の空間領域についての磁束密度分布は記載を省略している。また、図12Bは、実験例2-4としての角度検出装置10Cについての、回転軸J1と直交する平面に沿ったセンサチップ11の近傍での磁束密度のベクトルを模式的に表す説明図である。なお、図12Aおよび図12Bでは、磁石21と磁石22とが対向する方向をX軸方向とし、回転軸J1の方向をZ軸方向とし、X軸方向およびZ軸方向と直交する方向をY軸方向としている。
(Experimental example 2-4)
Next, an
(実験例2-5)
次に、図6Bに示した環状磁石200を用いるようにしたこと、およびヨーク31,32を有しないこと、を除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置110Bについて、上記実験例2-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。図13Aは、実験例2-5としての角度検出装置110Bの、環状磁石200の径方向の磁場成分の磁束密度分布を模式的に表すコンター図である。なお、図13Aでは、環状磁石200の開口200Kの近傍の空間領域についての磁束密度分布を示しており、他の空間領域についての磁束密度分布は記載を省略している。また、図13Bは、実験例2-5としての角度検出装置110Bについての、回転軸J1と直交する平面に沿ったセンサチップ11の近傍での磁束密度のベクトルを模式的に表す説明図である。なお、図13Aおよび図13Bでは、環状磁石200の径方向をX軸方向とし、回転軸J1の方向をZ軸方向とし、X軸方向およびZ軸方向と直交する方向をY軸方向としている。
(Experimental example 2-5)
Next, the configuration is substantially the same as the configuration of the
図9A~13Bに示したように、実験例2-1(図9A,9B)では、他の実験例2-2~2-5と比較して、磁石21と磁石22との対向方向の磁場成分につき、センサチップ11の近傍にほぼ同等の磁束密度の領域がより広く確保できていることが確認できた。図9Bと、図10B,11B,12B,13Bとの比較から、実験例2-1(図9B)では、他の実験例2-2~2-5と比較して、センサチップ11の近傍での磁束密度のベクトルの向きがX軸方向に揃っている。したがって、センサチップ11の中心位置CPが磁石21,22の位置およびヨーク31,32の位置に対して多少ずれたとしても、実験例2-1(図9B)では、他の実験例2-2~2-5と比較してセンサチップ11で検出される角度の誤差がより小さく抑えられることがわかった。
As shown in FIGS. 9A to 13B, in Experimental Example 2-1 (FIGS. 9A and 9B), compared with other Experimental Examples 2-2 to 2-5, the magnetic field in the facing direction of
また、実験例2-1(図9A)では、センサチップ11が、曲線Lv4で囲んだレベル4の領域に含まれている。よって、他の実験例2-2~2-5(図10B,11B,12B,13B)と比較して、磁石21,22の形成する磁場が効果的にセンサチップ11に付与されていることが確認できた。なお、図9A,10A,11A,12A,13Aでは、曲線Lv1で囲んだレベル1の領域が最も高い磁束密度を有することを表す。以下、曲線Lv2で囲んだレベル2の領域、曲線Lv3で囲んだレベル3の領域、曲線Lv4で囲んだレベル4の領域の順に徐々に磁束密度が低くなることを表している。また、図9A,10A,11A,12A,13Aに示したレベル1(Lv1)~レベル4(Lv4)がそれぞれ意味する磁束密度の値は、図9A,10A,11A,12A,13Aの全てにおいて共通している。
Further, in Experimental Example 2-1 (FIG. 9A), the
実験例2-3(図11A)では、センサチップ11の周辺領域は曲線Lv4で囲んだレベル4の領域に含まれているが、センサチップ11の中央領域はレベル4よりも低い磁束密度の領域に含まれている。実験例2-3(図11A)では、磁石21と磁石22との中間点近傍において少し磁束密度が低下する傾向があるためである。したがって、実験例2-1(図9A)と比較すると、実験例2-3(図11A)では、中心位置CPの軸ずれ量の増大に伴う検出角度誤差が大きくなりやすいことが確認できた。
In Experimental Example 2-3 (FIG. 11A), the peripheral region of the
また、実験例2-4(図12A)では、センサチップ11がレベル4よりも低い磁束密度の領域に含まれている。さらに、実験例2-4(図12A)では、磁石21と磁石22との間の空間領域での磁束密度分布に比較的大きなばらつきがあることが確認できた。
In addition, in Experimental Example 2-4 (FIG. 12A), the
また、実験例2-5(図13A)では、センサチップ11がレベル4よりも低い磁束密度の領域に含まれている。さらに、実験例2-5(図13A)では、磁石21と磁石22との間の空間領域での磁束密度分布の平坦性が十分に得られないことが確認できた。
Further, in Experimental Example 2-5 (FIG. 13A), the
このように、本実施の形態の角度検出装置10に対応する実験例2-1(図9A)では、ヨーク31,32が、回転軸J1と直交する面において、回転軸J1を中心とする円の円周方向に沿って円弧状に湾曲した平面形状を有するうえ、回転軸J1と直交する面に沿って回転軸J1から遠ざかるほど回転軸J1に沿った高さ寸法が増大する部分を含むようにしている。このため、センサチップ11の位置が磁石21,22の位置およびヨーク31,32の位置に対してずれた場合であっても、センサチップ11による検出角度誤差が低く抑えられることがわかった。さらに、上記のような形状のヨーク31,32を有することにより、磁石21,22の形成磁場が効率的にセンサチップ11に印加されることから、磁石21,22の小型化・軽量化に資することが確認できた。
As described above, in Experimental Example 2-1 (FIG. 9A) corresponding to the
(実験例3-1)
続いて、上記実施の形態で説明した図3の角度検出装置10について、磁石21,22が生成する磁場とは別に、図3に紙面奥行き、すなわち磁石21と磁石22との対向方向と直交する方向に25mTの外乱磁場を付与し、その影響を調べた。具体的には、その外乱磁場を印加しない場合を基準としたときの、センサチップ11に印加される外乱磁場の方向の磁場の増分ΔBy[mT]、および検出角度誤差ΔAE[deg.]を調べた。その結果を表1に示す。
(Experimental example 3-1)
Next, regarding the
(実験例3-2)
ヨーク部30を図8Aに示したヨーク部30Aに代替したことを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置10A(図10A)について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 3-2)
An
(実験例3-3)
ヨーク部30を図8Bに示したヨーク部30Bに代替したことを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置10B(図11A)について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 3-3)
Regarding the
(実験例3-4)
ヨーク31,32を有しないことを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置10C(図12A)について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 3-4)
An
(実験例4-1)
磁気シールド12が第1シールド部分121のみからなることを除き、すなわち、円筒状の磁気シールド12Aを有することを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置10D(図14)について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 4-1)
The configuration is substantially the same as the configuration of the
(実験例5-1)
磁気シールド12を有しないことを除き、他は角度検出装置10(図9A)の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 5-1)
An angle detection device having substantially the same configuration as the angle detection device 10 (FIG. 9A) except that it does not have the
(実験例5-2)
磁気シールド12を有しないことを除き、他は角度検出装置10A(図10A)の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 5-2)
An angle detection device having substantially the same configuration as the
(実験例5-3)
磁気シールド12を有しないことを除き、他は角度検出装置10B(図11A)の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 5-3)
An angle detection device having substantially the same configuration as the
(実験例5-4)
ヨーク31,32および磁気シールド12を有しないことを除き、他は図3などに示した角度検出装置10の構成と実質的に同じ構成を有する角度検出装置について、上記実験例3-1と同様の条件下で同様の評価を実施した。その結果を表1に併せて示す。
(Experimental example 5-4)
Except for not having the
表1に示したように、実験例3-1においてセンサチップ11に印加される外乱磁場の方向の磁場の増分ΔBy[mT]、および検出角度誤差ΔAE[deg.]を最も低減できることが確認できた。また、実験例3-1~3-4と実験例5-1~5-4との比較から、ヨークの有無に関わらず、およびヨークの形状に関わらず、磁気シールドを設けることにより、センサチップ11に印加される外乱磁場の方向の磁場の増分ΔBy[mT]、および検出角度誤差ΔAE[deg.]を効果的に低減できることが確認できた。さらに、円筒状の磁気シールド12Aであっても、磁気シールドを全く設けない場合よりもセンサチップ11に印加される外乱磁場の方向の磁場の増分ΔBy[mT]、および検出角度誤差ΔAE[deg.]を十分に低減できることが確認できた。
As shown in Table 1, the magnetic field increment ΔBy [mT] in the direction of the disturbance magnetic field applied to the
<3.適用例>
(第1の適用例)
図15Aおよび図15Bは、上記実施の形態で説明した角度検出システム100を有するパークロックシステム210を表す模式図である。パークロックシステム210は、例えば自動車等の車両に搭載され、運転者が車両を駐車場などに駐車する際にシフトレバーをパーキングモードにすることで車両の移動を抑止する機構である。図15Aはロックされていないロック解除状態を表し、図15Bは、ロック状態を表す。パークロックシステム210は、例えば筐体201の内部に設けられたモータ202と、シャフト203と、レバー204と、ロッド205と、係合部206と、ギヤ歯207を有するパーキングギヤ208とを備える。シャフト203は例えば紙面に垂直の方向に延在しており、モータ202により回転可能に設けられている。シャフト203の端部には上記実施の形態の角度検出システム100が設けられており、シャフト203の回転角度を検出するようになっている。紙面に平行に延びるレバー204の基端はシャフト203に固定され、モータ202の駆動により紙面に沿って旋回するようになっている。レバー204の先端にはロッド205の基端が取り付けられており、レバー204の旋回により、紙面左右方向にロッド205が移動するようになっている。ロッド205の先端に設けられた係合部206は、ギヤ歯207と係合および離脱可能になっている。このパークロックシステム210では、図15Aに示したロック解除状態から図15Bに示したロック状態に移行することにより、パーキングギヤ208の回転が制限される。具体的には、モータ202の回転によりシャフト203およびレバー204が紙面において右回転すると、ロッド205が紙面右方向へスライドし、係合部206がギヤ歯207と係合し、パーキングギヤ208がロックされる。反対に、図15Bに示したロック状態から図15Aに示したロック解除状態に移行することにより、パーキングギヤ208の回転の制限が解除される。具体的には、モータ202の回転によりシャフト203およびレバー204が紙面において左回転すると、ロッド205が紙面左方向へスライドし、係合部206がギヤ歯207から離間し、パーキングギヤ208のロックが解除される。ここで、上記実施の形態の角度検出システム100によりシャフト203の回転角度を検出することで、パーキングギヤ208がロック状態にあるか、ロック解除状態にあるかを高い精度で判別することができるようになっている。
<3. Application example>
(First application example)
15A and 15B are schematic diagrams showing a park lock system 210 having the
(第2の適用例)
図16Aおよび図16Bは、上記実施の形態で説明した角度検出システム100を有するペダルシステム300を表す模式図である。図16Aはペダル303のパッド303B(後述)が操作されていない初期状態を表し、図16Bは、パッド303Bが操作されている踏み込み状態を表す。
(Second application example)
16A and 16B are schematic diagrams showing
ペダルシステム300は、例えば、筐体301と、筐体301に固定されたシャフト302と、シャフト302が挿通される軸受け部303Aを含み、軸受け部303Aにおいてシャフト302を中心として回動可能に設けられたペダル303と、例えば引張ばねなどの付勢部材304とを備えている。
The
ペダル303は、例えば運転者の足により操作されるパッド303Bと、パッド303Bと軸受け部303Aとをつなぐアーム303Cと、軸受け部303Aを挟んでアーム303Cと反対側に設けられたレバー303Dとを含んでいる。レバー303Dは付勢部材304と接続されており、筐体301の壁部301Wに近づくように付勢部材304により付勢されるようになっている。
The
軸受け部303Aの近傍に設けられた角度検出システム100は、シャフト302を回転中心としたアーム303Cの回転角度を正確に検出し、回転角度に応じた電圧信号(比例信号)を制御装置305に送信するようになっている。制御装置305はこの電圧信号を解析し、電圧信号に応じたスロットルバルブ開度となるように、スロットルバルブの開閉動作の制御を行うようになっている。
The
このペダルシステム300では、図16Aに示した初期状態においてパッド303Bが運転者により踏み込まれることにより、ペダル303がシャフト302を中心として紙面において左回転し、図16Bに示した踏み込み状態へ移行する。その際、スロットルバルブの開度が上昇する。反対に、運転者がパッド303Bの踏み込み量を下げる、あるいは踏み込みをやめることにより、図16Bに示した踏み込み状態から図16Aに示した初期状態に向かうこととなる。その際、スロットルバルブの開度は低下する。
In this
このように、ペダルシステム300では、上記実施の形態の角度検出システム100によりアーム303Cの回転角度を正確に検出できるので、スロットルバルブ開度を高い精度で調節することができる。
As described above, in the
<5.その他の変形例>
以上、実施の形態およびいくつかの変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、磁気検出素子として垂直ホール素子を例示して説明したが、本発明の磁気検出素子は、磁場を検出する機能を有する素子であればよく、例えば異方性磁気抵抗効果素子(AMR素子)やスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果(GMR)素子、トンネル磁気抵抗効果(TMR)素子等の磁気抵抗効果素子(MR素子)等をも含む概念である。GMR素子やTMR素子などのMR素子を用いる場合、回転軸J1と直交する面内における磁場の向きや強度の変化を検出することとなる。本発明では、回転軸方向における磁場強度分布(磁束密度分布)のばらつきを低減できるだけでなく、回転軸と直交する面内における磁場強度分布(磁束密度分布)のばらつきをも低減できるので、MR素子等の、回転軸J1と直交する面内における磁場の向きや強度の変化を検出する磁気検出素子の適用も可能であると考えられる。また、各構成要素の寸法や各構成要素のレイアウトなどは例示であってこれに限定されるものではない。
<5. Other modified examples>
Although the present invention has been described above with reference to the embodiments and some modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiments and the like, a vertical Hall element has been exemplified as a magnetic detection element, but the magnetic detection element of the present invention may be any element that has a function of detecting a magnetic field. The concept also includes magnetoresistive elements (MR elements) such as resistance effect elements (AMR elements), spin-valve giant magnetoresistive effect (GMR) elements, and tunnel magnetoresistive effect (TMR) elements. When using an MR element such as a GMR element or a TMR element, changes in the direction and strength of the magnetic field in the plane perpendicular to the rotation axis J1 are detected. In the present invention, it is possible not only to reduce variations in the magnetic field strength distribution (magnetic flux density distribution) in the direction of the rotation axis, but also to reduce variations in the magnetic field strength distribution (magnetic flux density distribution) in the plane perpendicular to the rotation axis. It is also possible to apply a magnetic detection element that detects changes in the direction and strength of the magnetic field in the plane perpendicular to the rotation axis J1. Also, the dimensions of each component, the layout of each component, etc. are examples, and are not limited to these.
また、上記実施の形態および変形例では、磁気検出素子41を含むセンサチップ11が固定され、ヨーク部30および磁場発生部20が一体に回転するように設けられている場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば磁石およびヨークが固定され、磁気検出素子が回転軸を中心として回転可能に設けられていてもよい。あるいは、磁石およびヨークと、磁気検出素子との双方が同じ回転軸を中心として回転可能に設けられていてもよい。
Further, in the above-described embodiment and modification, the
また、上記実施の形態等では、角度検出装置10のセンサモジュール1が1つの磁気検出素子41を有する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の角度検出装置は、例えば2以上の磁気検出素子を有するようにしてもよい。その場合、2以上の磁気検出素子の全てを回転軸上に配置してもよいし、2以上の磁気検出素子の全てもしくは一部を回転軸の周囲に配置するようにしてもよい。すなわち、2以上の磁気検出素子は、回転軸の周囲であって、回転軸に沿った回転軸方向と直交する面内において互いに異なる位置に設けられていてもよい。2以上の磁気検出素子の各々から等距離にある中心位置は、例えば回転軸の位置と一致していることが望ましい。2以上の磁気検出素子を回転軸の周囲に配置する場合、磁気検出素子は、回転軸と直交する面に沿った面内方向において、磁石と回転軸との間に位置するとよい。
Further, in the above-described embodiment and the like, the case where the
また、上記実施の形態等では、角度検出装置10の磁場発生部20が2つの磁石を有する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の角度検出装置は、例えば磁場発生部材を1つのみ有するようにしてもよいし、3以上の磁場発生部材を有するようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment and the like, the case where the magnetic
100…角度検出システム、10…角度検出装置、1…センサモジュール、2…磁場発生モジュール、3,4…支持体、11…センサチップ、12…磁気シールド、13…端子部、14…ホルダ、15…回路基板、20…磁場発生部、21,22…磁石、30…ヨーク部、31,32…ヨーク、41~43…磁気検出素子。
DESCRIPTION OF
Claims (24)
前記磁気検出素子に印加される磁場を形成する磁場発生部材と、
第1の方向において前記磁気検出素子と前記磁場発生部材との間に配置されたヨークと、
を備え、
前記磁場発生部材および前記ヨークと、前記磁気検出素子とは、前記第1の方向に沿った回転軸を中心として相対的に回転可能に設けられており、
前記ヨークは、前記回転軸と直交する面において、前記回転軸を中心とする円の円周方向に沿って円弧状に湾曲した平面形状を有し、
前記ヨークは、前記回転軸と直交する面に沿って前記回転軸から遠ざかるほど前記第1の方向の寸法が増大する部分を含み、
前記第1の方向の寸法が増大する部分は、前記回転軸に対して傾斜すると共に前記回転軸と直交する面に対しても傾斜する傾斜面を含み、
前記傾斜面は、前記磁気検出素子と対向している
角度検出装置。 a magnetic detection element;
a magnetic field generating member that forms a magnetic field applied to the magnetic detection element;
a yoke disposed between the magnetic detection element and the magnetic field generating member in a first direction;
with
The magnetic field generating member, the yoke, and the magnetic detection element are provided so as to be relatively rotatable around a rotation axis along the first direction,
the yoke has a planar shape curved in an arc along a circumferential direction of a circle centered on the rotation axis on a plane perpendicular to the rotation axis;
the yoke includes a portion whose dimension in the first direction increases with distance from the rotation axis along a plane orthogonal to the rotation axis;
The portion where the dimension in the first direction increases includes an inclined surface that is inclined with respect to the rotation axis and also with respect to a plane perpendicular to the rotation axis,
The inclined surface faces the magnetic detection element
Angle detector.
請求項1に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to claim 1 , wherein the yoke is positioned so as to overlap the magnetic field generating member in the first direction.
請求項1または請求項2に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to claim 1 or 2 , wherein the yoke is provided so as to be in contact with the magnetic field generating member.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the dimension of the magnetic field generating member in the first direction is larger than the dimension of the yoke in the first direction.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 4, comprising a plurality of said yokes spaced apart from each other around said rotating shaft.
請求項5記載の角度検出装置。 6. The angle detection device according to claim 5 , wherein the material, shape and size of each of the plurality of yokes are substantially the same as each other.
請求項5または請求項6記載の角度検出装置。 7. The angle detection device according to claim 5 , wherein distances between the plurality of yokes and the rotation axis are substantially equal to each other.
請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 5 to 7 , wherein the plurality of yokes include a first yoke and a second yoke that are arranged to face each other with the rotation shaft interposed therebetween.
をさらに備える
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 8 , further comprising: a first magnetic shield provided to surround the magnetic detection element along a plane perpendicular to the first direction. .
請求項9記載の角度検出装置。 10. The angle detection device according to claim 9 , further comprising a second magnetic shield provided on the side opposite to the magnetic field generation member when viewed from the magnetic detection element.
請求項10記載の角度検出装置。 The angle detection device according to claim 10 , wherein the first magnetic shield and the second magnetic shield are integrated.
前記磁場発生部材と前記回転軸との第2の距離よりも長い
請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の角度検出装置。 A first distance between the first magnetic shield and the rotating shaft is
The angle detection device according to any one of claims 9 to 11 , longer than a second distance between the magnetic field generating member and the rotating shaft.
請求項12に記載の角度検出装置。 13. The angle detection device according to claim 12 , wherein at least part of the magnetic field generating member is provided so as to overlap the first magnetic shield in an in-plane direction along a plane orthogonal to the first direction.
請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 13 , wherein the magnetic field generating member is magnetized parallel to the first direction.
請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 14 , wherein the magnetic field generating member is provided around the rotating shaft.
請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 15 , comprising a plurality of the magnetic field generation members spaced apart from each other around the rotation axis.
請求項16記載の角度検出装置。 17. The angle detection device according to claim 16 , wherein the material, shape and size of each of said plurality of magnetic field generating members are substantially the same as each other.
請求項16または請求項17記載の角度検出装置。 Each distance between the plurality of magnetic field generating members and the rotation axis is substantially equal to each other
18. The angle detection device according to claim 16 or 17 .
請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 18 , wherein the magnetic detection element has a sensitivity axis along a plane perpendicular to the first direction.
請求項1から請求項19のいずれか1項に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 19 , comprising a plurality of said magnetic detection elements.
請求項20記載の角度検出装置。 The angle detection device according to claim 20 , wherein the plurality of magnetic detection elements are provided at different positions along a plane perpendicular to the first direction.
前記磁場発生部材を支持する支持体をさらに備え、
前記支持体は、取付穴を有しており、
前記ヨークは、前記磁場発生部材または前記支持体に設けられている
角度検出システム。 an angle detection device according to any one of claims 1 to 21 ;
further comprising a support for supporting the magnetic field generating member;
The support has a mounting hole,
The angle detection system, wherein the yoke is provided on the magnetic field generating member or the support.
パークロックシステム。 A park lock system comprising the angle detection system of claim 22 .
ペダルシステム。 A pedal system comprising the angle detection system of claim 22 .
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