JP7396089B2

JP7396089B2 - 回転検出装置

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Publication number: JP7396089B2
Application number: JP2020019853A
Authority: JP
Inventors: 和彦冨田
Original assignee: Proterial Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2023-12-12
Anticipated expiration: 2040-02-07
Also published as: JP2021124459A; CN215728223U; US20210247209A1; US11320286B2

Description

本発明は、回転検出装置に関する。

従来、例えば車輪の軸受ユニットに用いられ、車輪と共に回転する回転部材の回転速度を検出する回転検出装置が知られている。回転検出装置では、回転部材に取り付けた環状の磁石（被検出部材という）による磁界の変化を、センサ部に設けられた磁気センサで検出することにより、回転部材の回転速度を検出する。

特許文献１では、冗長化のために、複数の磁気センサをセンサ部に内蔵した回転検出装置が開示されている。各磁気センサは、被検出部材からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部と、検出部から延出された接続端子と、をそれぞれ有している。特許文献１では、接続端子をＬ字状に折り曲げ、各磁気センサの検出部の一方の面がセンサ部の先端に臨むように構成しており、当該センサ部の先端を被検出部材の軸方向端面に臨むように、センサ部を配置している。

特開２０１７－９６８２８号公報

特許文献１では、複数の検出部を検出部の幅方向（接続端子の延出方向である長さ方向及び板厚方向と垂直な方向）に並べた構成が開示されているが、この構成では、センサ部が大型化してしまう。

また、特許文献１では、複数の検出部を板厚方向に重ねた構成も開示されているが、この構成では、センサ部の大型化は避けられるものの、被検出部材からの距離が各検出部で異なってしまうため、各磁気センサの出力は大きく異なってしまうおそれがある。ＩＳＯ２６２６２にて規定される機能安全を考慮すると、各磁気センサの出力をなるべく同等（均質）とすること、すなわち複数の磁気センサの出力の均質化が望まれる。

そこで、本発明は、センサ部の小型化、及びセンサ部に内蔵した複数の磁気センサの出力の均質化を図った回転検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、回転部材に取り付けられており、前記回転部材の回転軸を中心とした周方向に沿って複数の磁極が設けられている被検出部材と、前記回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられており、前記被検出部材と対向して配置されているセンサ部と、を備え、前記センサ部は、前記被検出部材からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部と、前記検出部から延出された接続端子と、を有し、前記検出部が前記検出部の板厚方向に並ぶように配置されている複数の磁気センサと、前記複数の磁気センサを一括して被覆するように設けられたハウジング部と、を有し、前記磁気検出素子は、前記検出部の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出するように構成されており、前記センサ部は、前記複数の磁気センサの前記検出部における前記接続端子の延出側と反対側の端部である先端部が、前記被検出部材の軸方向端面に臨むように設けられている、回転検出装置を提供する。

本発明によれば、センサ部の小型化、及びセンサ部に内蔵した複数の磁気センサの出力の均質化を図った回転検出装置を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る回転検出装置の概略構成図である。センサ部の外観を示す斜視図である。センサ部の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）は被検出部材の周方向から見た側面図、（ｂ）は被検出部材の径方向から見た正面図である。被検出部材に対する磁気センサの配置を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図４（ａ）のＡ－Ａ線断面における磁束密度の分布の一例を示すグラフ図である。センサ部の先端部の断面図である。本発明の一変形例に係るセンサ部の内部構造を示す側面図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の一変形例に係るセンサ部の内部構造を示す側面図である。

［実施の形態］
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は、本実施の形態に係る回転検出装置の概略構成図である。図１に示すように、回転検出装置１は、被検出部材２と、センサ部３と、を備えている。回転検出装置１は、例えば、自動車における車輪の回転速度、すなわち車輪速を検出するために用いられるものである。

（被検出部材２）
被検出部材２は、図示しない回転部材に取り付けられており、回転部材と共に回転する。回転検出装置１を車輪速の検出に用いる場合、回転部材は、例えば、車輪が取り付けられ車輪と共に回転する内輪である。被検出部材２は、円環状に形成されると共に、回転部材の回転軸に対して垂直な板状に形成されており、例えば回転部材の外周面に取り付けられている。

本実施の形態では、被検出部材２は、回転部材の回転軸を中心とした周方向に沿って複数の磁極が設けられている磁気エンコーダから構成されている。被検出部材２は、周方向に沿って交互に配列されたＮ磁極とＳ磁極とを有している。

（センサ部３）
図２は、センサ部３の外観を示す斜視図である。図３は、センサ部３の内部構造を模式的に示す図であり、（ａ）は被検出部材２の周方向から見た側面図、（ｂ）は被検出部材２の径方向から見た正面図である。

図１乃至３に示すように、センサ部３は、複数の磁気センサ４と、複数の磁気センサ４を一括して被覆するように設けられたハウジング部５と、を有している。ここでは、センサ部３が２つの磁気センサ４を有する場合を説明するが、センサ部３は３つ以上の磁気センサ４を有していてもよい。センサ部３は、センサ部３はケーブル６の端部に設けられており、回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられている。回転検出装置１を車輪速の検出に用いる場合、固定部材は、例えば、自動車の車体に連結され外輪を支持するナックルである。

センサ部３は、被検出部材２と対向して配置されている。本実施の形態では、センサ部３は、ケーブル６の延出側と反対側の端部である先端部が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられている。より詳細には、センサ部３は、その先端部が、被検出部材２の軸方向端面と、被検出部材２の軸方向に対向するように設けられている。センサ部３からのケーブル６の延出方向は、被検出部材２の軸方向と平行な方向となる。

ケーブル６は、２つの磁気センサ４に対応した２対の電線６１を有している。各電線６１は、銅等の良導電性の素線を撚り合わせた撚線導体からなる中心導体６１ａと、中心導体６１ａの外周に被覆されており、架橋ポリエチレン等の絶縁性の樹脂からなる絶縁体６１ｂと、を有している。また、ケーブル６は、２対（４本）の電線６１を一括して覆うシース６２をさらに有している。

ケーブル６の端部においては、シース６２から２対の電線６１が露出され、さらに各電線６１の端部において、絶縁体６１ｂから中心導体６１ａが露出されている。絶縁体６１ｂから露出された中心導体６１ａの先端部は、対応する磁気センサ４の接続端子４１に、溶接により電気的に接続されている。

（磁気センサ４）
磁気センサ４は、被検出部材２からの磁界を検出する磁気検出素子（不図示）を含む板状の検出部４０と、検出部４０から延出された一対の接続端子４１と、を有している。

磁気検出素子は、検出部４０の板厚方向に対して垂直な方向、すなわち検出部４０の表面と平行な方向の磁界を検出するＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）から構成されている。本実施の形態では、磁気検出素子として、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子を用いた。なお、磁気検出素子としては、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive）素子やＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）素子を用いることもできる。

検出部４０は、磁気検出素子と、磁気検出素子から出力された信号を処理する信号処理回路（不図示）と、磁気検出素子と信号処理回路とを一括して覆う覆い体としての樹脂モールド４０ａと、を有している。検出部４０は、平面視で略長方形（長方形の４つの角部のうち１つが面取りされた形状）の板状に形成されている。

一対の接続端子４１は、検出部４０の一方の長辺（面取りされた角部に接続されていない側の長辺）から当該長辺と垂直な方向に延出されており、両接続端子４１は互いに平行に形成されている。本実施の形態では、両接続端子４１は帯状（細長い板状）に形成されており、その先端部（検出部４０と反対側の端部）には、対応する電線６１の中心導体６１ａが電気的に接続されている。

両接続端子４１の間には、ノイズを抑制するための容量素子が接続されており、容量素子及びその周囲の接続端子４１を覆うように、樹脂モールドにより形成された容量素子保護部４２が設けられている。以下、接続端子４１の延出方向を検出部４０における長さ方向と呼称し、長さ方向及び板厚方向と垂直な方向を検出部４０における幅方向と呼称する。また、検出部４０における接続端子４１の延出側と反対側の端部（面取りされた角部に接続されている長辺側の端部）を先端部と呼称する。

本実施の形態では、２つの磁気センサ４は、検出部４０同士が板厚方向に並ぶように整列して配置されている。また、２つの磁気センサ４は、検出部４０の先端部がセンサ部３の先端側へと臨むように設けられている。また、両磁気センサ４の検出部４０は、幅方向に並ぶように配置された複数（２個乃至３個）の磁気検出素子をそれぞれ有している。図３では、磁気検出素子による磁界の検出位置を符号４０ｂで表している。

本実施の形態に係る回転検出装置１では、センサ部３は、両磁気センサ４の検出部４０の先端部（センサ部３の先端部）が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられている。より詳細には、センサ部３は、被検出部材２の軸方向に対して検出部４０の長さ方向が一致するように（被検出部材２の軸方向端面に対して検出部４０の長さ方向が垂直となるように）設けられている。

このように構成することで、２つの磁気センサ４の検出部４０と被検出部材２との距離（磁界の検出位置４０ｂと被検出部材２との距離）を略同じとすることができ、かつ、両検出部４０を近接して配置することが可能となる。その結果、２つの磁気センサ４の出力を同程度とし均質化を図ることが可能になる。

従来、検出部４０の一方の面を被検出部材２の軸方向端面に対向させて、被検出部材２のなるべく近くに磁界の検出位置４０ｂを配置する構成が一般的であった。しかし、近年は磁気センサ４の検出精度が大きく向上してきており、磁界の検出位置４０ｂを被検出部材２に近づけ過ぎると、逆に磁気センサ４の性能を十分に発揮できない場合も出てきた。本実施の形態によれば、検出部４０の一方の面を被検出部材２の軸方向端面に対向させる従来技術と比較して、磁界の検出位置４０ｂを被検出部材２から離間させることができ、高精度な磁気センサ４の性能を十分に発揮させることも可能になる。

さらに、本実施の形態では、接続端子４１に曲げ加工を行う必要がないため、製造が容易であり、曲げ加工による検出部４０の破損等のリスクを回避することが可能になる。また、接続端子４１を曲げる必要がないため、センサ部３全体の小型化が可能である。

さらにまた、例えば、検出部４０の先端部が互いに逆方向となるように２つの検出部４０を板厚方向に並べて配置することも上述の特許文献１にて提案されているが、この場合、２つの磁気センサ４で検出する回転方向が逆方向となり、後段の演算装置でそれを考慮した演算を行う必要が生じるために、汎用性の観点から好ましくないという課題があった。これに対して、本実施の形態では、２つの磁気センサ４の表裏を一致させることで、２つの磁気センサ４で検出する回転方向を容易に同じ方向に揃えることができ、汎用性が高い。

ところで、本実施の形態では、検出部４０は、両検出位置４０ｂで磁束密度を検出した検出値の差分を演算し、演算した差分に応じた信号を接続端子４１を介して出力するように構成されている。そのため、例えば、被検出部材２の径方向と検出部４０の幅方向とが一致するように磁気センサ４を配置すると、両検出位置４０ｂの磁界の変化がほぼ同じとなり差分の出力がほぼゼロとなり、検出精度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、被検出部材２の径方向に対して検出部４０の板厚方向が一致するように、センサ部３を設けるようにした。２つの磁気センサ４は、被検出部材２の径方向に並んで配置されることになる。これにより、両検出位置４０ｂで検出される磁界に位相差が生じ、差分の出力を大きくして検出精度を向上することが可能になる。

図５は、図４（ａ）のＡ－Ａ線断面における磁束密度の分布の一例を表している。図５に示すように、この例では、被検出部材２の径方向断面において、被検出部材２の径方向中央位置で最も磁束密度が大きくなり、径方向中央位置から離れるほど磁束密度が低下していくように磁束密度の分布が対称となっている。よって、この場合、被検出部材２の径方向中央位置に対して対称となる位置に両磁気センサ４の検出位置４０ｂがくるように、センサ部３の位置調整を行うことで、両磁気センサ４でほぼ同等の出力が得られるようになり、非常に高いレベルで均質化を図ることが可能になる。なお、図５の磁束密度の分布は一例であり、例えば、被検出部材２の径方向中央位置からずれた位置で磁束密度が最大になる場合には、当該磁束密度が最大になる位置に対して対称となる位置に両磁気センサ４の検出位置４０ｂがくるように、センサ部３の位置調整を行うとよい。

（ハウジング部５）
図６に示すように、ハウジング部５は、２つの磁気センサ４を保持するホルダ５１と、ホルダ５１の周囲を覆う樹脂モールド部５２と、を有している。ホルダ５１は、磁気センサ４や、樹脂モールド部５２をモールドする際に、磁気センサ４とケーブル６との接続部分を保護するための部材であり、予め射出成型等により形成される。２つの磁気センサ４とケーブル６とをホルダ５１にセットした状態で樹脂をモールドして樹脂モールド部５２を形成することで、ハウジング部５が形成される。

本実施の形態では、検出部４０の先端部と対向する部分のハウジング部５が、ホルダ５１のみで構成されている。つまり、本実施の形態では、検出部４０の先端部と対向する部分のハウジング部５は、樹脂モールド部５２により覆われておらず、被検出部材２に対向する部分においてホルダ５１が露出して直接対向している。これにより、センサ部３の先端部でのハウジング部５を１つの部材（ホルダ５１）の厚みのみで構成でき、センサ部３の先端部のハウジング部５を非常に薄くできる。その結果、検出部４０における磁界の検出位置４０ｂを被検出部材２により近づけることが可能になり、被検出部材２から磁界の検出位置４０ｂが離れすぎることによる検出精度の低下を抑制できる。

図２に示すように、樹脂モールド部５２は、磁気センサ４、ケーブル６の端部、及びホルダ５１を一括して覆う本体部５２０と、センサ部３を固定部材に固定するためのフランジ部５２１と、を一体に形成してなる。フランジ部５２１には、センサ部３を固定部材に固定するボルト（不図示）を通すためのボルト穴５２２が形成されており、ボルト穴５２２には、当該ボルト穴５２２の内周面に沿うように、ボルト固定の際にフランジ部５２１の変形を抑制するための金属からなるカラー５２３が設けられている。

（変形例）
上記実施の形態では、被検出部材２の軸方向端面に対して検出部４０が垂直となるように両磁気センサ４を配置したが、検出部４０が被検出部材２の軸方向端面に対して厳密に垂直である必要はなく、多少の傾きは許容される。

具体的には、図７に示すように、被検出部材２の軸方向に対する検出部４０の長さ方向の傾きθは、３０度以下であるとよい。傾きθが３０度より大きくなると、センサ部３の大型化をまねくおそれがあるためである。

また、両磁気センサ４の検出部４０同士も厳密に平行である必要はなく、多少の傾きは許容される。ただし、両検出部４０の平行度が小さくなるほど、出力の均質さは低減するので、両検出部４０における傾きθの差は１８度以下とすることが望ましい。

また、上記実施の形態では、センサ部３におけるケーブル６の延出方向と、検出部４０の長さ方向とが一致している場合を説明したが、ケーブル６の延出方向と、検出部４０の長さ方向とは一致していなくてもよい。例えば、図８（ａ）に示すように、ハウジング部５内でケーブル６を曲げてもよいし、図８（ｂ）に示すように、ハウジング部５内で接続端子４１を曲げてもよい。図８（ａ），（ｂ）では、ケーブル６や接続端子４１を９０度曲げているが、曲げ角度は適宜変更可能である。

これにより、ケーブル６の延出方向に対するセンサ部３の先端の角度（検出部４０の先端が臨む方向）を適宜変更可能となり、センサ部３を搭載する固定部材の形状に応じて柔軟にセンサ部３の形状を調整可能になる。ただし、製造の容易さの観点からは、センサ部３におけるケーブル６の延出方向と、検出部４０の長さ方向とが一致していることがより好ましいといえる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る回転検出装置１では、磁気検出素子は、検出部４０の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出するように構成されており、センサ部３は、両磁気センサ４の検出部４０の先端部が、被検出部材２の軸方向端面に臨むように設けられている。

これにより、２つの磁気センサ４で同程度の出力を容易に得ることが可能となり、出力の均質化を図れる。また、高精度な磁気センサ４を用いる場合であっても、磁界の検出位置４０ｂが被検出部材２に近づきすぎてしまうことを抑制でき、磁気センサの性能を十分に発揮させることが可能になる。また、本実施の形態では、検出部４０の板厚方向に並ぶように２つの磁気センサ４を配置しているため、従来のように検出部４０の幅方向に並ぶように２つの磁気センサ４を配置する場合と比較して、センサ部３の小型化が可能である。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］回転部材に取り付けられており、前記回転部材の回転軸を中心とした周方向に沿って複数の磁極が設けられている被検出部材（２）と、前記回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられており、前記被検出部材（２）と対向して配置されているセンサ部（３）と、を備え、前記センサ部（３）は、前記被検出部材（２）からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部（４０）と、前記検出部（４０）から延出された接続端子（４１）と、を有し、前記検出部（４０）が前記検出部（４０）の板厚方向に並ぶように配置されている複数の磁気センサ（４）と、前記複数の磁気センサ（４）を一括して被覆するように設けられたハウジング部（５）と、を有し、前記磁気検出素子は、前記検出部（４０）の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出するように構成されており、前記センサ部（３）は、前記複数の磁気センサ（４）の前記検出部（４０）における前記接続端子（４１）の延出側と反対側の端部である先端部が、前記被検出部材（２）の軸方向端面に臨むように設けられている、回転検出装置（１）。

［２］前記検出部（４０）は、前記接続端子（４１）の延出方向である長さ方向及び板厚方向に垂直な幅方向に並ぶように配置された複数の前記磁気検出素子を有し、前記センサ部（３）は、前記被検出部材（２）の径方向に対して前記検出部（４０）の板厚方向が一致するように設けられている、［１］に記載の回転検出装置（１）。

［３］前記ハウジング部（５）は、前記複数の磁気センサ（４）を保持するホルダ（５１）と、前記ホルダ（５１）の周囲を覆う樹脂モールド部（５２）と、を有し、前記検出部（４０）の先端部と対向する部分の前記ハウジング部（５）が、前記ホルダ（５１）のみで構成されている、［１］または［２］に記載の回転検出装置（１）。

［４］前記センサ部（３）は、前記検出部（４０）が前記検出部（４０）の板厚方向に並ぶように配置されている２つの前記磁気センサ（４）を有する、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の回転検出装置（１）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１…回転検出装置
２…被検出部材
３…センサ部
４…磁気センサ
４０…検出部
４０ａ…樹脂モールド
４０ｂ…磁界の検出位置
４１…接続端子
４２…容量素子保護部
５…ハウジング部
５１…ホルダ
５２…樹脂モールド部
６…ケーブル

Claims

回転部材に取り付けられており、前記回転部材の回転軸を中心とした周方向に沿って複数の磁極が設けられている１つの被検出部材と、
前記回転部材の回転に伴って回転しない固定部材に取り付けられており、前記１つの被検出部材と対向して配置されているセンサ部と、を備え、
前記センサ部は、
前記被検出部材からの磁界を検出する磁気検出素子を含む板状の検出部と、前記検出部から延出された接続端子と、を有し、前記検出部が前記検出部の板厚方向に並ぶように配置されている複数の磁気センサと、
前記複数の磁気センサを一括して被覆するように設けられたハウジング部と、を有し、
前記磁気検出素子は、前記検出部の板厚方向に対して垂直な方向の磁界を検出するように構成されており、
前記センサ部は、前記複数の磁気センサの前記検出部における前記接続端子の延出側と反対側の端部である先端部が、前記１つの被検出部材の軸方向端面に臨むように設けられており、
前記複数の磁気センサは、前記１つの被検出部材の軸方向端面から空隙を隔てて配置されているとともに、前記１つの被検出部材の径方向に並んで配置されている、
回転検出装置。
前記検出部は、前記接続端子の延出方向である長さ方向及び板厚方向に垂直な幅方向に並ぶように配置された複数の前記磁気検出素子を有し、
前記センサ部は、前記１つの被検出部材の径方向に対して前記検出部の板厚方向が一致するように設けられている、
請求項１に記載の回転検出装置。
前記ハウジング部は、前記複数の磁気センサを保持するホルダと、前記ホルダの周囲を覆う樹脂モールド部と、を有し、
前記検出部の先端部と対向する部分の前記ハウジング部が、前記ホルダのみで構成されている、
請求項１または２に記載の回転検出装置。
前記センサ部は、前記検出部が前記検出部の板厚方向に並ぶように配置されている２つの前記磁気センサを有する、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転検出装置。