JPH10132506A

JPH10132506A - 回転角センサ

Info

Publication number: JPH10132506A
Application number: JP28826596A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kawamura; 秀樹河村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-22
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JP3605968B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁石と磁電変換素子との軸方向の相対位置が変
化しても、センサの検出精度を維持することができる回
転角センサを提供する。【解決手段】スロットル開度センサ１の回動軸２にはロ
ータ部３が形成され、このロータ部３には円筒状をなす
永久磁石６が固定されている。ハウジング７に固定され
た支持体１０にはホール素子１１が収容され、このホー
ル素子１１は永久磁石６による磁路内において回動軸２
に直交する磁界を検出する。また、永久磁石６の内周面
にはその略中央部に環状の凹部１３が形成されている。
ホール素子１１は、永久磁石６の軸方向の中心位置に配
置されるため、凹部１３の位置はホール素子１１による
磁界のセンシングの中心位置に合致している。この場
合、ホール素子１１に対して磁束が均一化され、永久磁
石６とホール素子１１との相対位置が変化したとしても
それによるセンサ出力の誤差が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車載用内燃機
関のスロットル開度を検出するための回転角センサに係
り、詳しくは、ホール素子や磁気抵抗素子（ＭＲＥ）等
の磁電変換素子を用いて磁界に対応した電気信号を出力
する回転角センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術として、例えばホール
素子を用いた車載用内燃機関のスロットル開度センサが
知られており、同センサでは、ホール効果に基づいて同
スロットル開度が非接触にて検出できるようになってい
る（例えば、特開平８−２０１１０６号公報）。図８
に、こうしたホール効果を利用したスロットル開度セン
サの一例についてその概要を示す。

【０００３】すなわち同スロットル開度センサにあって
は、スロットルバルブ（図示略）の回動軸３１に連動し
て回転するロータ３２に対しその回動軸３１と直交する
方向に着磁された同心円筒状の永久磁石３３が設けら
れ、この永久磁石３３の中空部中央には、ロータ３２の
軸方向に平行に、永久磁石３３の磁界方向を検出するた
めのホール素子３４が配設される。このホール素子３４
は、スロットル開度センサの図示しないハウジング部に
より固定されている。

【０００４】そして、スロットルバルブの回動に伴い永
久磁石３３がホール素子３４の周りを同図８に示される
態様で回転することによりホール素子３４の感磁面に対
する磁界方向が変化し、その変化した角度θに対応した
電気信号すなわちホール電圧が、同ホール素子３４から
出力される。

【０００５】同スロットル開度センサでは、ホール素子
３４からこうした態様で出力されるホール電圧を所要に
処理して、上記スロットルバルブの開度に対応した電気
信号を出力する。

【０００６】また他の従来技術として、特開平５−１２
６５１３号の角度検出器では、回転体（ロータ）の回転
角度位置で形状が異なり、且つ磁気検出部（ＭＲＥ）に
印加される磁界を制御するための磁性体を、永久磁石の
近傍に配置して構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
技術ではいずれも、以下に示す問題を招来する。つま
り、前記図８で開示したスロットル開度センサにおいて
は、温度環境の変化や経時劣化等により永久磁石３３や
ホール素子３４を支持するハウジング部（図示略）やロ
ータ３２が変位或いは変形し、それにより永久磁石３３
とホール素子３４との軸方向の相対位置が変化するとい
う事態を招く。かかる場合、ロータ３２の回転角度、す
なわち磁界方向が変化しなくてもセンサ出力が変化して
しまう等、上記事態に起因してセンサ出力に誤差が生
じ、同センサの検出精度が悪化する。

【０００８】また、特開平５−１２６５１３号公報の角
度検出器では、磁気検出部の周囲における磁束の集中化
により、その回転方向に関する出力特性の向上が図られ
ると思われるが、同公報には軸方向の変化要因によるセ
ンサ出力の誤差を防止するという目的及び効果が開示さ
れていない。そのため、既述したように永久磁石と磁気
検出部（ＭＲＥ）との軸方向の相対位置が変化した際に
センサ出力に誤差が生じるおそれがあった。

【０００９】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、磁石と磁電変換素子との軸方向の相対位
置が変化しても、センサの検出精度を維持することがで
きる回転角センサを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】こうした目的を達成すべ
く、本発明では、回転体に固定された磁石と、ハウジン
グ部に固定されると共に前記磁石により発生する磁界中
に配置された磁電変換素子とを備え、磁界に対応した電
気信号を出力する回転角センサであることを前提として
いる。そして、請求項１に記載の発明ではその特徴とし
て、前記磁石に、前記回転体の軸方向の磁束分布を均一
化するための補正部を設けている。

【００１１】この場合、磁石に補正部を設けて回転体の
軸方向の磁束分布を均一化することにより、当該軸方向
について磁界の集中化を図ることができる。その結果、
磁石と磁電変換素子との軸方向の相対位置が変化して
も、センサ出力の誤差を低減し、同センサの検出精度を
維持することができることとなる。

【００１２】また、前記補正部を簡易的に実現する具体
的構成として、・請求項２に記載の発明では、前記補正
部を磁石の内側に設けた凹部とし、・請求項３に記載の
発明では、前記補正部を磁石の内側の両端に設けた凸部
としている。

【００１３】また、より安定した磁界を形成し、尚一層
の効果を得るには、・請求項４に記載したように、前記
磁電変換素子の感度中心の位置と前記磁石に設けられた
補正部の軸方向の位置とを合致させたり、・請求項５に
記載したように、前記磁石を円筒形状としたりするのが
望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回転角センサを車
両用内燃機関のスロットル開度センサに具体化した一実
施の形態について図面を用いて説明する。

【００１５】図１は、この実施の形態にかかるスロット
ル開度センサ１の構成の概要を示す断面図である。同図
において、回動軸２は、内燃機関の吸気管に設けられた
スロットルバルブ（図示略）に直結されるものであっ
て、同回動軸２の端部にはロータ部３が形成されてい
る。つまり、このロータ部３において、回動軸２に形成
されたフランジ２ａ上には略円筒状のロータ４が取り付
けられ、円筒状をなす永久磁石６は、前記回動軸２に対
して同心となるようロータ４に固定されている。

【００１６】また、合成樹脂製のハウジング７はエンジ
ンルーム内の所定部位に固定されるものであって、同ハ
ウジング７には図の下方に開口する凹部８が設けられて
いる。凹部８内には回路基板９が固定され、同回路基板
９の略中央部には、ホール素子１１を収容するための支
持体１０が取り付けられている。回路基板９は、ホール
素子１１により得られたホール電圧をスロットル開度情
報として信号処理するための信号処理回路を有し、該回
路基板９にて処理された信号（スロットル開度情報）が
ターミナル１２を介して図示しない電子制御装置へ出力
されるようになっている。

【００１７】次に、上記スロットル開度センサ１による
スロットル開度の検出原理を図２の概略図を用いて説明
する。なお、図２の（ａ）は永久磁石６及びホール素子
１１等を示す斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は図
（ｂ）における永久磁石６のＡ−Ａ線断面図である。

【００１８】同図において、永久磁石６はロータ部３に
載置されており、回動軸２に直交する方向に磁路を形成
している。ホール素子１１は永久磁石６の中空部内（磁
路内）において回動軸２に平行に配設されており、回動
軸２に直交する磁界を検出する。すなわち、図示しない
スロットルバルブの回動に伴い永久磁石６がホール素子
１１の周りを図２に示す態様で回動することによりホー
ル素子１１の感磁面に対する磁界方向が変化し、その変
化した角度θに対応した電気信号、すなわちホール電圧
ＶＨがホール素子１１から出力される。ここで、ホール
電圧ＶＨは次の（１）式にて定義される。

【００１９】ＶＨ＝ＫＨ・Ｂ・Ｒｄ・Ｉ・ｓｉｎθ ＝ＶＡ・ｓｉｎθ ・・・（１）なお、上式において、「ＫＨ」はホール素子１１の感度
を、「Ｂ」は永久磁石６の磁束密度を、「Ｒｄ」はホー
ル素子１１の内部抵抗を、「Ｉ」はホール素子１１の駆
動電流を、それぞれ示している。また、「ＶＡ」は「Ｋ
Ｈ・Ｂ・Ｒｄ・Ｉ」に対応した定数である。

【００２０】上記構成によれば、図３に示すように、ロ
ータ部３が「−９０（＝θ）」度から「＋９０（＝
θ）」度まで回転する間に、上記ホール電圧ＶＨは、
「−ＶＡ」から「＋ＶＡ」へと正弦波上を連続的に変化
する。そして、スロットル開度センサ１は、上記の如く
ホール素子１１から出力されるホール電圧ＶＨを処理し
て、スロットル開度に対応した電気信号を出力する。

【００２１】一方、本実施の形態では、図２に示すよう
に、前記永久磁石６の内周面に環状の凹部１３が形成さ
れている。この凹部１３は、永久磁石６の内周略中央部
に設けられ、その断面が半円状に形成されている。この
とき、ホール素子１１は、永久磁石６の軸方向（ｚ方
向）の中心位置に配置され、凹部１３の位置はホール素
子１１による磁界のセンシングの中心位置（感度中心位
置）に合致するようになっている。すなわち、永久磁石
６の軸方向中心位置を「ｚ＝０」とした場合、その位置
に前記凹部１３が形成され、ホール素子１１は前記の
「ｚ＝０」に合致するよう予め配置されている。

【００２２】かかる構成において、ホール素子１１が
「ｚ＝０」の位置にある時の磁束変化率を「０」とした
場合、永久磁石６とホール素子１１との相対位置が一定
のままで保持されれば磁束変化率が変化することはない
（磁束変化率が０％で維持される）。しかし、例えば永
久磁石６を支持するロータ部３、或いはホール素子１１
を支持するハウジング７が経時変化により変位、変形す
る等、何らかの要因で永久磁石６とホール素子１１との
相対位置にずれが生じると、磁束変化率が「０％」に維
持することができず、この磁束変化率が大きくなるほ
ど、スロットル開度センサ１の検出精度が悪化するとい
う問題を招く。

【００２３】ここで、図４のグラフは本発明者による実
験結果を示すものであり、同図において、その縦軸は永
久磁石６に対するホール素子１１のｚ方向のずれ量を示
し、横軸は磁束変化率を示す。

【００２４】より詳細に説明すれば、図４は、永久磁石
に凹部を設けていない従来構成の磁束変化率と、永久磁
石に凹部を設けた本実施の形態の磁束変化率とを比較し
て示すものである（図中、破線は本実施の形態を示し、
実線は従来例を示す）。具体的には、同図において、ホ
ール素子１１のｚ方向位置が「Ｐ」だけずれた際、本実
施の形態の構成（凹部１３を設けた構成）では磁束変化
率が「Ｑ１（％）」であるのに対し、従来構成（凹部の
ない構成）では磁束変化率が「Ｑ２（％）」となり、
「Ｑ１＜Ｑ２」であることから本実施の形態の構成では
磁束変化率が大幅に低減されていることが分かる。特
に、ホール素子１１のｚ方向の位置ずれが比較的小さい
領域、すなわち図４の「Ｓ」領域では、本実施の形態の
構成により磁束変化率が略「０」となり、磁束変化に起
因する検出誤差等の問題が回避できることが分かる。

【００２５】因みに、上記図４の実験結果を考察すれ
ば、本実施の形態の構成では、ホール素子１１による磁
界のセンシング位置に合致するよう、永久磁石６に凹部
１３を設けたことにより、ホール素子１１に対して磁束
が均一化され、永久磁石６とホール素子１１との相対位
置が変化したとしてもその影響が抑制されるものと考え
られる。

【００２６】そして、上記構成のスロットル開度センサ
１の動作に際しては、ホール素子１１の駆動回路に駆動
電流を流してこれを駆動し、スロットルバルブの回動に
伴い永久磁石６が該ホール素子１１の周りを角度θだけ
回転するとき、その角度θに対応したホール電圧ＶＨが
上記（１）式に示される態様で同ホール素子１１から出
力される。そして、信号処理回路９がこうして出力され
るホール電圧ＶＨを所要に処理することにより、上記ス
ロットル開度に対応したリニアな電気信号が出力される
こととなる。

【００２７】上記詳述した本実施の形態では既述したよ
うに、回動軸２の軸方向の磁束分布を均一化するための
補正部として、永久磁石６に凹部１３を設けたため、当
該軸方向について磁界の集中化を図ることができる。そ
の結果、永久磁石６とホール素子１１との軸方向の相対
位置が変化したとしても、センサ出力の誤差を低減し、
同センサの検出精度を維持することができることとな
る。

【００２８】このとき、補正部の具体的構成として、永
久磁石６の内側に凹部１３を設けるようにしたため、よ
り簡易的な構成で上記のような優れた効果を得ることが
できる。

【００２９】また、本実施の形態では、従来技術（特開
平５−１２６５１３号公報）と異なり、永久磁石６の周
囲に磁性体を配する必要もないため、センサの大型化を
招くといった不都合を生じることもない。

【００３０】併せて、本実施の形態では、ホール素子１
１の感度中心に合致した軸方向位置に前記凹部１３を設
けると共に、永久磁石６を円筒形状としたため、より安
定した磁界が形成され、尚一層望ましい効果を得ること
ができる。

【００３１】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で
任意に変更できる。下記に示す他の形態ではいずれも、
上記実施の形態と同様に、本発明の目的を達成すること
が可能となる。

【００３２】（１）図５，図６，図７に示す態様で永久
磁石の構成を変更してもよい。図５に示す態様では、永
久磁石２１のＳ極及びＮ極に相当する位置に、楕円状の
凹部２２が形成されている。この構成では主として、必
要部分に対して誤差の低減が図られる。具体的には、例
えばスロットル開度センサにおいて、スロットル開度の
全閉位置に対応する位置にのみ凹部２２が形成される。
この場合、同センサで微小開度の検出精度が要求される
アイドル位置での検出誤差が低減できることとなる。

【００３３】図６に示す態様では、永久磁石２３の内周
側上端部及び下端部に環状のヨーク２４が取り付けられ
ている。このヨーク２４は鉄等の磁性体にて構成されて
おり、このヨーク２４を設けることにより磁束の漏れが
防止され、永久磁石２３中心部での軸方向の磁束分布が
均一化される。

【００３４】図７に示す態様では、ロータ２７上に対向
対置された一対の永久磁石２５Ａ，２５Ｂを用い、それ
ら永久磁石２５Ａ，２５Ｂの軸方向中央部に凹部２６
Ａ，２６Ｂが設けられている。この構成でも、永久磁石
２５Ａ，２５Ｂの凹部２６Ａ，２６Ｂ（或いは、その上
下に位置する凸部）により、軸方向の磁束分布が均一か
されることとなる。

【００３５】（２）上記実施の形態では、磁電変換素子
としてホール素子を用いたが、これを磁気抵抗素子（Ｍ
ＲＥ）に変更する等、他の磁電変換素子を用いる構成と
してもよい。

【００３６】（３）上記実施の形態では、永久磁石に補
正部としての凹部を形成するに当たり、その形状を円弧
状（半円状）に切欠くように構成していたが、矩形状に
切欠くように構成したり、三角形等、多角形状に切欠い
て構成したりしてもよい。また、前記図６のように永久
磁石にヨークを取り付ける構成においても、その断面形
状は任意でよい。要は、永久磁石による軸方向の磁束分
布が均一化される構成であれば、補正部の形状は任意に
変更できる。

【００３７】（４）上記実施の形態では、本発明の回転
角センサをスロットル開度センサに具体化したが、勿論
他のセンサに具体化してもよい。要は、被検出対象の回
動軸に固定された磁石と、ハウジング本体に固定される
と共に前記磁石により発生する磁界中に配置された磁電
変換素子を備え、磁界の状態に対応した電気信号を出力
する回転角センサであれば、任意に変更して具体化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるスロットル開度セン
サの構成を示す断面図。

【図２】ホール素子によるスロットル開度の検出原理を
示す略図。

【図３】同検出原理におけるホール素子の出力特性を示
すグラフ。

【図４】ホール素子のｚ方向（永久磁石の軸方向）位置
と磁束変化率との関係を示すグラフ。

【図５】他の実施の形態における回転角センサの要部を
示す略図。

【図６】他の実施の形態における回転角センサの要部を
示す略図。

【図７】他の実施の形態における回転角センサの要部を
示す略図。

【図８】従来技術における回転角センサの要部を示す略
図。

【符号の説明】

１…回転角センサとしてのスロットル開度センサ、２…
回転体を構成する回動軸、３…回転体を構成するロータ
部、６…永久磁石（磁石）、７…センサのハウジング部
を構成するハウジング、１０…センサのハウジング部を
構成する支持体、１１…磁電変換素子としてのホール素
子、１３…補正部を構成する凹部、２１，２３，２５…
永久磁石（磁石）、２２，２６…補正部を構成する凹
部、２４…補正部を構成するヨーク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体に固定された磁石と、ハウジング部
に固定されると共に前記磁石により発生する磁界中に配
置された磁電変換素子とを備え、磁界に対応した電気信
号を出力する回転角センサにおいて、前記磁石には、前記回転体の軸方向の磁束分布を均一化
するための補正部を設けたことを特徴とする回転角セン
サ。
【請求項２】前記補正部は、前記磁石の内側に設けた凹
部である請求項１に記載の回転角センサ。
【請求項３】前記補正部は、前記磁石の内側の両端に設
けた凸部である請求項１に記載の回転角センサ。
【請求項４】前記磁電変換素子の感度中心の位置と前記
磁石に設けられた補正部の軸方向の位置とを合致させた
請求項１〜３のいずれかに記載の回転角センサ。
【請求項５】前記磁石は円筒形状である請求項１〜請求
項４のいずれかに記載の回転角センサ。