JPWO2005040730A1 - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

回転軸２と同期して回転する磁性体のヨークプレート３ａ，３ｂを設ける。ヨークプレート３ａ，３ｂとエアギャップＧ１を介して軸方向着磁のマグネット５を配置する。ヨークプレート３ａ，３ｂの外径Ｒ１はマグネット５の外径Ｒ２よりも大径に形成される。マグネット５は磁性体の固定プレート６に固定される。固定プレート６のポールピース８ａ，８ｂの先端部にはホールＩＣ９ａ，９ｂが取り付けられる。ホールＩＣ９ａ，９ｂはマグネット５によって形成される磁路Ｍ中に配置される。回転軸２が回転するとマグネット５とヨークプレート３ａ，３ｂの対向面積Ｓ１，Ｓ２が変化し、磁路Ｍ中のホールＩＣ９ａ，９ｂを通過する磁束の密度も回転角に比例して直線的に変化する。この変化をホールＩＣ９ａ，９ｂにて捉え、回転軸２の回転角度を検出する。これにより、検出精度を損なうことなく回転角検出装置の製造コストの低減を図る。

Description

本発明は、被検出物の回転角度を検出する回転角検出装置に関し、特に、エンジンのスロットル弁開度の検出装置に適用して有効な技術に関する。

従来より、非接触型の回転角検出装置として、例えば特許第２８４２４８２号公報のように、被検出物に磁石を取り付け、その磁束変化を捉えて被検出物の回転角度の検出を行うものが知られている。図１３は、このような非接触型の回転検出装置の一般的な構成を示す説明図である。

図１３の回転角検出装置では、回転角度の検出が求められるシャフト５１には磁性体からなるロータコア５２が取り付けられる。ロータコア５２の内周には、２極構成のリングマグネット５３が固定される。リングマグネット５３の外側には、シャフト５１と同軸状にステータコア５４が配置される。ステータコア５４は磁性体にて形成され、断面半円形状の２個のコアピース５４ａ，５４ｂから構成される。コアピース５４ａ，５４ｂの間の間隙５５にはホールＩＣ５６が配置されている。

ステータコア５４は、図１３に示すように、リングマグネット５３の磁束の磁路となっており、ホールＩＣ５６からは鎖交する磁束密度に応じた電圧信号が出力される。シャフト５１と共にリングマグネット５３が回転すると、ホールＩＣ５６を通過する磁束量が変化し、これに伴いホールＩＣ５６からの出力信号も変化する。この信号変化はシャフト５１の回転角度と対応しており、その回転に伴ってほぼ直線的に変化する。これにより、ホールＩＣ５６からの信号に基づき、シャフト５１の回転角度の検出が可能となる。

一方、近年、自動車部品の電子化に伴い、エンジンのスロットル弁をモータにて駆動するいわゆる電子制御スロットル装置が広く用いられている。そこでは、従来のアクセルワイヤによる機械的動作に代えて、電気信号によってスロットル弁が制御される。アクセル踏み込み量はポテンショメータ等によって電気的に検出され、その値に応じてモータが駆動されてスロットル弁の開閉が行われる。

図１３のような回転角検出装置は、このような電子制御スロットル装置におけるスロットル弁の開度検出にも使用される。この場合、シャフト５１にはスロットル弁が取り付けられ、その回転角度から弁開度が検出される。そして、検出された弁開度に基づいてモータの動作制御が行われ、アクセル踏み込み量やエンジン負荷等に応じた弁開度が設定される。
特許第２８４２２８２号公報 特開平８−３５８０９号公報 特開２００１−４３１５号公報 特開２００１−５９７０２号公報 特開２００１−１８８００３号公報 特開２００１−２０８５１０号公報 特開２００１−２８９６０９号公報 特開２００１−２８９６１０号公報 特開２００１−３０３９７９号公報 特開２００１−３１７９０９号公報 特願２００２−２１１２０１号 特願２００２−２５７７２３号 特願２００２−２５８９０１号 特願２００３−８３０９２号

しかしながら、図１３のような構成の回転角検出装置は、出力特性が構造的に芯ズレの影響を受け易いという問題がある。すなわち、ステータコア５４とマグネット５３の中心がずれると、両者間の間隙（エアギャップ）が偏芯のため回転角度によって変化し、ホールＩＣ５６を通過する磁束量の変化が回転角度に応じて一様とならず検出誤差が生じる可能性がある。

このため、図１３の回転角検出装置では、シャフト５１にロータコア５２とマグネット５３の両方を同軸状に精度良く固定しなければならず、その分、組付工数が増大し製造コストが増大するという問題があった。この場合、同軸精度向上のため、ロータコア５２を省きシャフト５１を磁路として使用することも可能ではあるが、シャフト径の制限により、マグネット径を大きく設定できない。従って、マグネットの周方向の移動距離が小さくなり、その分、角度検出精度が低下するという問題が新たに生じる。

また、電子制御スロットル装置用の回転角検出装置では、回転角検出装置自体もまたエンジンルーム内に設置される。このため、狭い空間内に効率良く各種装置を配置すべく、回転角検出装置にも高いレイアウト性が要求されており、その小型化、薄型化が求められていた。

本発明の目的は、検出精度を損なうことなく回転角検出装置の小型化，薄型化を図りそのレイアウト性を向上させることにある。

本発明の回転角検出装置は、回転軸と同期して回転する磁性体にて形成され、前記回転軸に取り付けられた非磁性部材に固定されるヨーク部材と、前記ヨーク部材と軸方向に間隔をあけて配置され、その軸方向端面に前記ヨーク部材と対向する磁極を備えるマグネットと、前記マグネットによって形成された前記ヨーク部材を通る磁路中に配置される磁気検出素子とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、ヨーク部材とマグネットの磁極とを軸方向に間隔をあけて対向するように配置したので、両者の対向面が径方向に延びる構成となり、装置の軸方向長が短くなる。このため、回転検出装置を薄型化することができ、装置のレイアウト性が向上する。

前記回転角検出装置において、前記マグネットを磁性体にて形成された固定部材に取り付けると共に、前記固定部材に、前記マグネットが固定されるマグネット取付部と、前記マグネット取付部と磁気的に接続され前記磁気検出素子が前記ヨーク部材と軸方向に間隔をあけて固定される磁気検出素子取付部とを設けても良い。この場合、前記固定部材を前記マグネットに対し軸方向に隣接して配置しても良い。

前記回転角検出装置において、前記マグネットを軸方向に着磁しても良い。これにより、高精度の着磁が難しいラジアル着磁のマグネットを使用することなく、回転軸の回転角度検出を行うことができ、回転角検出装置の製造コスト低減を図ることも可能となる。

さらに、前記非磁性部材が、エンジンの電子制御スロットル弁に設けられたスロットル弁駆動用のスロットルギヤであっても良い。

また、本発明の他の回転角検出装置は、回転軸と同期して回転し、その軸方向端面に磁極を備えると共に前記回転軸に磁気的に接続されたマグネットと、前記マグネットと軸方向に間隔をあけて配置され、前記マグネットの前記磁極と対向する磁性体にて形成されたヨーク部材と、前記マグネットによって形成された前記ヨーク部材を通る磁路中に配置される磁気検出素子とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、ヨーク部材とマグネットの磁極とを軸方向に間隔をあけて対向するように配置したので、両者の対向面が径方向に延びる構成となり、装置の軸方向長が短くなる。このため、回転検出装置を薄型化することができ、装置のレイアウト性が向上する。

前記回転角検出装置において、前記マグネットを軸方向に着磁しても良い。これにより、高精度の着磁が難しいラジアル着磁のマグネットを使用することなく、回転軸の回転角度検出を行うことができ、回転角検出装置の製造コスト低減を図ることも可能となる。

前記回転角検出装置において、前記磁気検出素子を磁性体にて形成された固定部材に取り付けると共に、前記ヨーク部材を前記磁気検出素子の軸方向端面に取り付けるようにしても良い。

一方、前記回転角検出装置において、前記ヨーク部材及び前記マグネットを部分円筒形状に形成し、前記ヨーク部材の外径を前記マグネットの外径より大径に形成しても良い。これにより、ヨーク部材とマグネットとの間に芯ズレが生じた場合でも両者の対向面積の変化が抑えられる。また、可動側と固定側の同軸精度が緩和される。

前述の回転角検出装置において、前記ヨーク部材と前記マグネットとの対向面が径方向に沿って延在するようにしても良い。また、前記ヨーク部材と前記マグネットの対向面積が前記回転軸の回転によって変化し、この対向面積の変化に伴って前記磁路中の磁束密度が変化するようにしても良い。

また、前記回転角検出装置において、前記回転軸がエンジンの電子制御スロットル弁におけるスロットル弁が固定された弁軸であっても良い。なお、この際、弁軸に取り付けられた非磁性部材のギヤに前記ヨーク部材を固定しても良い。

本発明の回転角検出装置によれば、回転軸と同期して回転する磁性体にて形成されたヨーク部材と軸方向に間隔をあけてマグネットを配置し、このマグネットによって形成される磁路中に磁気検出素子を配置するようにしたので、ヨーク部材とマグネットの対向面が径方向に延びる構成となり、装置の軸方向長を短くすることが可能となる。このため、回転検出装置を薄型化することができ、装置のレイアウト性の向上を図ることが可能となる。

また、本発明の回転角検出装置によれば、回転軸と同期して回転するマグネットと軸方向に間隔をあけて磁性体にて形成されたヨーク部材を配置し、前記マグネットによって形成される磁路中に磁気検出素子を配置するようにしたので、ヨーク部材とマグネットの対向面が径方向に延びる構成となり、装置の軸方向長を短くすることが可能となる。このため、回転検出装置を薄型化することができ、装置のレイアウト性の向上を図ることが可能となる。

さらに、ヨーク部材の外径をマグネットの外径より大径に形成することにより、ヨーク部材とマグネットとの間に芯ズレが生じた場合でも両者の対向面積の変化が抑えられ、可動側と固定側の偏芯による出力特性の変化が生じにくくなり、精度の良い安定した角度検出が可能となる。また、可動側と固定側の同軸精度が緩和されるため、製造コストの低減も図られる。

本発明の実施例１である回転角検出装置の構成を示す説明図であり、（ａ）は当該回転角検出装置を正面方向から見た状態、（ｂ）はそれを下方から見た状態を示している。 図１の回転角検出装置の分解斜視図である。 本発明の実施例２である回転角検出装置の構成を示す説明図であり、（ａ）は当該回転角検出装置を正面方向から見た状態、（ｂ）はそれを下方から見た状態を示している。 本発明の実施例３である回転角検出装置を使用した電子制御スロットル弁の構成を示す断面図である。 図４の電子制御スロットル弁の底面図である。 図４の回転角検出装置の構成を模式的に示した説明図であり、（ａ）は回転角検出装置を正面方向から見た状態、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面形態を示している。 図６に示した回転角検出装置の各構成部品の形態を示す説明図である。 マグネットを２個用いた回転角検出装置を図４の電子制御スロットル弁に使用した場合における回転角検出装置の構成を模式的に示した説明図であり、（ａ）は回転角検出装置を正面方向から見た状態、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面形態を示している。 図８に示した回転角検出装置の各構成部品の形態を示す説明図である。 本発明の実施例５である回転角検出装置の分解斜視図である。 本発明の実施例６である電子制御スロットル弁用の回転角検出装置の構成を模式的に示した説明図であり、（ａ）は当該回転角検出装置を正面方向から見た状態、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面形態を示している。 図１１に示した回転角検出装置の各構成部品の形態を示す説明図である。 非接触型の回転検出装置の一般的な構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 回転角検出装置
２ 回転軸
３ ヨークプレート（ヨーク部材）
３ａ，３ｂ ヨークプレート
３ｐ 軸方向端面
４ ロータコア
４ｐ 軸方向端面
５ マグネット
５ａ，５ｂ マグネット
５ｐ，５ｑ 軸方向端面
６ 固定プレート（固定部材）
６ａ 円弧部
６ｂ 弦部
７ マグネット取付部
８ａ，８ｂ ポールピース
９ａ，９ｂ ホールＩＣ（磁気検出素子）
１０ 回転角検出装置
１１ スロットル弁
１２ 弁軸
１３ ブラシレスモータ
１４ ハウジング
１５ カバー
１６ 基板
１７ 回転角検出装置
１８ 接続部
１９ 中間ギヤ
２０ ギアシャフト
２１ スロットルギア
２２ ギヤ
２３ ギヤ
２４ ギヤ
２５ 減速機構
２６ ロータシャフト
２７ 回転角検出装置
２８ 回転角検出装置
２９ 回転角検出装置
５１ シャフト
５２ ロータコア
５３ リングマグネット
５４ ステータコア
５４ａ コアピース
５５ 間隙
５６ ホールＩＣ
Ｇ_１ エアギャップ
Ｇ_２ エアギャップ
Ｇ_３ エアギャップ
Ｍ 磁路
Ｍ_１ 磁路
Ｍ_２ 磁路
Ｒ_１ ヨークプレートの外径
Ｒ_２ マグネットの外径
Ｒ_３ ヨークプレートの内径
Ｒ_４ マグネットの内径
Ｓ_１，Ｓ_２ 対向面積

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１である回転角検出装置の構成を示す説明図であり、（ａ）は当該回転角検出装置を正面方向から見た状態、（ｂ）はそれを下方から見た状態を示している。また、図２は図１の回転角検出装置の分解斜視図である。図１に示すように、回転角検出装置１には、回転軸２と同期して回転するヨークプレート（ヨーク部材）３ａ，３ｂが設けられている。ヨークプレート３ａ，３ｂは磁性体にて形成され、中心角が約１６０°の部分円筒形状となっている。ここでは、ヨークプレート３ａ，３ｂは円周方向に等分に２個取り付けられており、回転軸２に非磁性体からなるロータコア４を介して固定される。

ヨークプレート３ａ，３ｂの軸方向端面３ｐ側には、所定の間隔をあけて瓦状のマグネット５が１個配置されている。マグネット５は磁性体にて形成された固定プレート（固定部材）６に固定され、ヨークプレート３ａ，３ｂの回転側に対し固定側となっている。マグネット５は中心角が１２０°の部分円筒形状となっており、その軸方向端面５ｐ，５ｑが異極性の磁極となるように軸方向に着磁されている。マグネット５は製造が比較的容易な軸方向着磁となっているため、高精度の着磁が難しいラジアル着磁の場合に比して製造コストの低減が図られる。マグネット５の端面５ｐはヨークプレート３ａ，３ｂの端面３ｐに対向しており、両端面３ｐ，５ｐの間にはエアギャップＧ１が形成されている。エアギャップＧ１は、ヨークプレート３ａ，３ｂの回転に関わらずほぼ一定に保たれている。

一方、ヨークプレート３ａ，３ｂの外径Ｒ１はマグネット５の外径Ｒ２よりも大径に、また、ヨークプレート３ａ，３ｂの内径Ｒ３はマグネット５の内径Ｒ４よりも小径に形成されている（Ｒ１＞Ｒ２，Ｒ３＜Ｒ４）。つまり、ヨークプレート３ａ，３ｂはマグネット５の領域を内外径共にカバーした寸法に形成されている。従って、ヨークプレート３ａ，３ｂとマグネット５との間に芯ズレが生じた場合でも、両者の対向面積は変化しない。また、構造上、エアギャップＧ１にも偏芯の影響は及ばない。このため、回転角検出装置１は可動側と固定側の偏芯による出力特性の変化が生じにくく、精度の良い安定した角度検出が可能となる。また、可動側と固定側の同軸精度が緩和されることから、部品精度が緩和されると共に組付作業も容易となり、製造コストの低減も図られる。

なお、回転角検出装置１では、図１３のものと異なりマグネット５３の外側にステータコア５４を配置する必要がない。このため、装置を同外径に構成した場合、マグネット５の外径Ｒ２をマグネット５３のそれよりも大きくとることができる。このため、回転軸２の回転に伴うマグネット５の周方向の移動距離が図１３のものよりも大きくなり、その分、回転角度検出精度が向上する。また、マグネット５の外径Ｒ２をマグネット５３の外径と同等にした場合、精度を低下させることなく、ステータコア５４の分だけ装置を小型化することができる。

また、図１３の回転角検出装置では、マグネット５３及びステータコア５４を略円筒形状に形成し、両者の対向面が軸方向に延びる構成となっていることから、装置の軸方向長が長くなりがちである。これに対し、当該回転角検出装置１では、ヨークプレート３ａ，３ｂとマグネット５との対向面が径方向に延びる構成となっているため、装置の軸方向長を短くすることができる。このため、回転検出装置を薄型化することができ、装置のレイアウト性が向上する。

マグネット５の端面５ｑ側は固定プレート６に固定されている。固定プレート６は中心角が約２００°の略半月状に形成されており、装置の筐体等に固定されている。固定プレート６には円弧部６ａに沿ってマグネット取付部７が設けられており、そこにマグネット５が固定されている。

固定プレート６の弦部６ｂの近傍には、軸方向に向かってポールピース（磁気検出素子取付部）８ａ，８ｂが突出形成されている。ポールピース８ａ，８ｂもまた磁性体にて形成されており、マグネット取付部７と磁気的に接続されている。ポールピース８ａ，８ｂの先端部にはホールＩＣ９ａ，９ｂが取り付けられている。ホールＩＣ９ａ，９ｂは、ホール素子と信号増幅回路とを一体化したＩＣであり、リニア出力ホールＩＣが使用される。ホールＩＣ９ａ，９ｂはヨークプレート３ａ，３ｂと軸方向に間隔をあけて固定され、ホールＩＣ９ａ，９ｂとヨークプレート３ａ，３ｂの端面３ｐとの間にはエアギャップＧ２が形成される。なお、ここではＧ１＝Ｇ２に設定されている。

図１（ｂ）に示すように、回転角検出装置１では、マグネット５からヨークプレート３ａ，３ｂ、ポールピース８ａ，８ｂ、固定プレート６を介してマグネット５に至る磁路Ｍが形成される。ホールＩＣ９ａ，９ｂはこの磁路Ｍ中に配置され、磁束の変化に応じて出力される信号が変化する。なお、磁路Ｍ中では、磁束がポールピース８ａ，８ｂによって収束されてホールＩＣ９ａ，９ｂを通過するため、マグネット５の磁束を効率良くホールＩＣ９ａ，９ｂに導くことができ、磁束変化の検出精度向上が図られる。

回転角検出装置１においては、回転軸２が回転するとマグネット５とヨークプレート３ａ，３ｂの対向面積Ｓ１，Ｓ２が変化する。例えば、回転軸２が図１（ａ）において時計方向に回転するとＳ１が増加しＳ２が減少する。すると、対向面積が増加した側（Ｓ１側）では、ヨークプレート３に流入する磁束が増加し、磁路Ｍ中の磁束が増加する。一方、対向面積が減少した側（Ｓ２側）では、これとは逆に磁路Ｍ中の磁束が減少する。すなわち、回転軸２の回転に伴い、磁路Ｍ中に位置するホールＩＣ９ａ，９ｂを通過する磁束の密度も回転角に比例して直線的に変化する。この変化はホールＩＣ９ａ，９ｂにて捉えられ、回転軸２の回転角度に比例した直線的な電圧信号が出力される。そして、電圧信号値と回転角度との関係に基づき、回転軸２の回転角度が算出される。

図３は本発明の実施例２である回転角検出装置の構成を示す説明図であり、（ａ）は当該回転角検出装置を正面方向から見た状態、（ｂ）はそれを下方から見た状態を示している。なお、以下の実施例では、実施例１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、実施例２の回転角検出装置１０ではマグネット５が２個設けられている（５ａ，５ｂ）。マグネット５ａ，５ｂは、極性が互いに異なる方向となるように着磁されている。また、マグネットを２個配置するため、固定プレート６は半月状ではなく円形に形成されている。ここでは、図３（ｂ）に示すように、マグネット５ａ，５ｂにより２系統の磁路Ｍ１，Ｍ２が形成される。すなわち、マグネット５ａ，５ｂのそれぞれから、ヨークプレート３ａ，３ｂ、ポールピース８ａ，８ｂ、固定プレート６を介してマグネット５ａ，５ｂに至る磁路Ｍ１，Ｍ２が形成される。この磁路Ｍ１，Ｍ２中にホールＩＣ９ａ，９ｂが配置される。このようにマグネット５を２個使用すると、ホールＩＣ９ａ，９ｂを２系統の磁路の磁束が通過することとなり、その分だけ磁束量が増加する。このため、磁束変化をより鋭敏に把握することができ、回転角度の検出精度を向上させることができる。

回転角検出装置１０においては、回転軸２が回転するとマグネット５ａ，５ｂとヨークプレート３ａ，３ｂの対向面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が変化する。例えば、回転軸２が図３（ａ）において時計方向に回転するとＳ１，Ｓ３が増加しＳ２，Ｓ４が減少する。すると、対向面積が増加した側（Ｓ１，Ｓ３側）では、ヨークプレート３に流入する磁束が増加する。一方、対向面積が減少した側（Ｓ２，Ｓ４側）では、これとは逆にヨークプレート３に流入する磁束が減少する。これを、ホールＩＣ９ａ，９ｂのそれぞれについて見ると、ホールＩＣ９ａでは、磁路Ｍ１側の磁束が増加し、磁路Ｍ２側の磁束が減少する。従って、磁路Ｍ１方向の磁束をプラス側とすると、ホールＩＣ９ａの通過磁束はプラス方向に変化する。逆に、ホールＩＣ９ｂでは、磁路Ｍ１側の磁束が減少し、磁路Ｍ２側の磁束が増加するため、ホールＩＣ９ｂの通過磁束はマイナス方向に変化する。これらの変化により、ホールＩＣ９ａ，９ｂからは回転軸２の回転角度に比例した直線的な電圧信号が出力され、回転軸２の回転角度が検出される。

図４は本発明の実施例３である回転角検出装置を使用した電子制御スロットル弁の構成を示す断面図、図５は図４の電子制御スロットル弁の底面図である。図４，５の電子制御スロットル弁はエンジンの吸気通路に配置され、スロットル弁１１の開度によりエンジンの吸入空気量を制御している。スロットル弁１１は弁軸（回転軸）１２に固定されており、ギア２１〜２４からなる減速機構２５を介してブラシレスモータ１３（以下、モータ１３と略記する）によって駆動される。

弁軸１２は、金属製のハウジング１４に固定された図示しないベアリングによって回動自在に支持されている。ハウジング１４の図４において下部には、合成樹脂製のカバー１５が取り付けられている。カバー１５の内側には基板１６が固定されている。弁軸１２に固定されたスロットルギア２１にはねじりコイルばねが取り付けられており、その付勢力によってスロットル弁１１が全閉位置まで自動的に復帰する。

弁軸１２の端部には、スロットル弁１１の開度を検出する回転角検出装置１７が設けられている。図６は回転角検出装置１７の構成を模式的に示した説明図であり、（ａ）は回転角検出装置１７を正面方向から見た状態、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面形態を示している。また、図７は、回転角検出装置１７の各構成部品の形態を示す説明図である。

回転角検出装置１７は、図１の回転角検出装置１と同様に、ヨークプレート３ａ，３ｂ、マグネット５及び固定プレート６を備えた構成となっている。ここでは、ヨークプレート３ａ，３ｂは、合成樹脂等の非磁性体にて形成されたスロットルギア２１に埋め込まれる形で固定され、弁軸１２と同期して回転するようになっている。また、固定プレート６は、基板１６と共にカバー１５に固定されている。この場合、ヨークプレート３ａ，３ｂはスロットルギア２１にインサート成型可能であり、組付工数やスペース効率の向上が図られている。

回転角検出装置１７においても、ヨークプレート３ａ，３ｂとマグネット５の間にはエアギャップＧ１が形成されている。また、ヨークプレート３ａ，３ｂの外径Ｒ１はマグネット５の外径Ｒ２よりも大径に、また、ヨークプレート３ａ，３ｂの内径Ｒ３はマグネット５の内径側寸法Ｒ４よりも小径に形成されている（Ｒ１＞Ｒ２，Ｒ３＜Ｒ４）。固定プレート６には、マグネット取付部７とポールピース８ａ，８ｂ及びマグネット取付部７とポールピース８ａ，８ｂを接続する接続部１８が設けられている。接続部１８により、マグネット取付部７とポールピース８ａ，８ｂは磁気的に接続される。ポールピース８ａ，８ｂの先端部にはホールＩＣ９ａ，９ｂが取り付けられる。ホールＩＣ９ａ，９ｂとヨークプレート３ａ，３ｂとの間にはエアギャップＧ２が形成される。

ホールＩＣ９ａ，９ｂは、マグネット５からヨークプレート３ａ，３ｂ、ポールピース８ａ，８ｂ、固定プレート６を介してマグネット５に至る磁路Ｍ中に配置される。弁軸１２が回転すると、スロットルギア２１と共にヨークプレート３ａ，３ｂが回転し、マグネット５とヨークプレート３ａ，３ｂの対向面積Ｓ１，Ｓ２が変化する。これに伴い、磁路Ｍ中の磁束密度が回転角に比例して直線的に変化し、ホールＩＣ９ａ，９ｂからは弁軸１２の回転角度に比例した直線的な電圧信号が出力される。

モータ１３はインナーロータ型のブラシレスモータである。モータ１３のロータシャフト２６にはギヤ２４が形成されており、このギヤ２４は中間ギヤ１９のギヤ２３と噛合している。中間ギヤ１９はギアシャフト２０に回転自在に支持されている。中間ギヤ１９にはギヤ２３と一体にギヤ２２が形成されており、ギヤ２２はスロットルギア２１と噛合している。これにより、モータ１３におけるロータシャフト２６の回転が減速されて弁軸１２に伝達される。

このような電子制御スロットル弁では、スロットル弁１１の全閉・全開に合わせて、弁軸１２が０°〜約９０°の間で動作し、それに伴って磁路Ｍの磁束密度が変化する。ホールＩＣ９ａ，９ｂからはこの磁束密度変化に応じて電圧信号が出力され、制御装置（ＣＰＵ）に送られる。制御装置には、ホールＩＣ９ａ，９ｂの出力変化が弁軸１２の回転角度と関係付けてテーブル等の形で格納されている。そして、制御装置は、ホールＩＣホールＩＣ９ａ，９ｂの出力変化に基づき、テーブル等を参照しつつ弁軸１２の回転角度、すなわちスロットル弁１１の開度を算出する。

図４，５の電子制御スロットル弁に対しても、実施例２のようなマグネット５を２個用いた回転角検出装置を使用することができる。図８は、実施例３の電子制御スロットル弁にマグネットを２個用いた回転角検出装置を使用した場合における当該回転角検出装置の構成を模式的に示した説明図であり、（ａ）は回転角検出装置２７を正面方向から見た状態、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面形態を示している。また、図９は、回転角検出装置２７の各構成部品の形態を示す説明図である。

図８，９に示すように、実施例４の回転角検出装置２７ではマグネット５が２個設けられている（５ａ，５ｂ）。マグネット５ａ，５ｂは、極性が互いに異なる方向となるように着磁されている。また、マグネットを２個配置するため、固定プレート６にはマグネット取付部７が接続部１８を挟んで対称に２個設けられている。この場合も、実施例２と同様に、マグネット５ａ，５ｂにより２系統の磁路Ｍ１，Ｍ２が形成される。そして、この磁路Ｍ１，Ｍ２中にホールＩＣ９ａ，９ｂが配置される。

回転角検出装置２７においては、弁軸１２が回転するとマグネット５ａ，５ｂとヨークプレート３ａ，３ｂの対向面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が変化する。この変化に伴い、前述のようにホールＩＣ９ａ，９ｂを通過する磁束が変化し、弁軸１２の回転角度に比例した直線的な電圧信号がホールＩＣ９ａ，９ｂから出力される。これにより、弁軸１２の回転角度が検出され、スロットル弁１１の開度が算出される。

次に、実施例５として、前述の実施例とは逆にマグネットを可動側に配置した回転角検出装置について説明する。図１０は、本発明の実施例５である回転角検出装置２８の分解斜視図である。回転角検出装置２８ではマグネット５が回転軸２と同期して回転する。回転軸２には磁性体からなるロータコア４が取り付けられている。マグネット５はこのロータコア４の軸方向端面４ｐに固定されており、回転軸２と磁気的に接続されている。マグネット５は中心角が１２０°の部分円筒形状となっており、その軸方向端面５ｐ，５ｑが異極性の磁極となるように軸方向に着磁されている。

マグネット５の軸方向端面５ｐ側には、所定の間隔をあけてヨークプレート（ヨーク部材）３ａ，３ｂ配置されている。ヨークプレート３ａ，３ｂは磁性体にて形成され、中心角が約１６０°の部分円筒形状となっている。ヨークプレート３ａ，３ｂは円周方向に等分に２個取り付けられている。マグネット５の端面５ｐはヨークプレート３ａ，３ｂの端面３ｐに対向しており、両端面３ｐ，５ｐの間にはエアギャップが形成される。また、ヨークプレート３ａ，３ｂの外径Ｒ１はマグネット５の外径Ｒ２よりも大径に、また、ヨークプレート３ａ，３ｂの内径Ｒ３はマグネット５の内径Ｒ４よりも小径に形成されている（Ｒ１＞Ｒ２，Ｒ３＜Ｒ４）。

ヨークプレート３ａ，３ｂは、ホールＩＣ９ａ，９ｂ上に固定される。ホールＩＣ９ａ，９ｂは、固定プレート６に固定されている。固定プレート６は中心角が約２００°の略半月状に形成されており、装置の筐体等に固定されている。固定プレート６の中心には軸孔６ａが設けられている。軸孔６ａには回転軸２が貫挿されており、回転軸２と軸孔６ａの周壁との間にはエアギャップＧ３が形成されている。

当該回転角検出装置２８では、マグネット５からヨークプレート３ａ，３ｂ、固定プレート６、回転軸２、ロータコア４を介してマグネット５に至る磁路が形成される。ホールＩＣ９ａ，９ｂはこの磁路中に配置される。回転軸２が回転するとマグネット５とヨークプレート３ａ，３ｂの対向面積が変化し、磁路中に位置するホールＩＣ９ａ，９ｂを通過する磁束の密度も回転角に比例して直線的に変化する。この変化はホールＩＣ９ａ，９ｂにて捉えられ、回転軸２の回転角度に比例した直線的な電圧信号が出力され、電圧信号値と回転角度との関係に基づき回転軸２の回転角度が算出される。

図１０のような構成の回転角検出装置を電子制御スロットル弁に使用することも可能である。図１１は本発明の実施例６である電子制御スロットル弁用の回転角検出装置２９の構成を模式的に示した説明図であり、（ａ）は回転角検出装置２９を正面方向から見た状態、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面形態を示している。また、図１２は、回転角検出装置２９の各構成部品の形態を示す説明図である。

回転角検出装置２９は、図１０の回転角検出装置２８と同様に、ヨークプレート３ａ，３ｂ、マグネット５及び固定プレート６を備えた構成となっている。マグネット５は、金属等の磁性体にて形成されたスロットルギア２１に埋め込まれる形で固定される。スロットルギア２１は弁軸１２に固定されており、マグネット５は弁軸１２に磁気的に接続されると共に弁軸１２と同期して回転する。固定プレート６は、基板１６と共にカバー１５に固定されている。

回転角検出装置２９においても、マグネット５とヨークプレート３ａ，３ｂの間にはエアギャップＧ１が形成されている。また、ヨークプレート３ａ，３ｂの外径Ｒ１はマグネット５の外径Ｒ２よりも大径に、また、ヨークプレート３ａ，３ｂの内径Ｒ３はマグネット５の内径側寸法Ｒ４よりも小径に形成されている（Ｒ１＞Ｒ２，Ｒ３＜Ｒ４）。ヨークプレート３ａ，３ｂはホールＩＣ９ａ，９ｂ上に固定され、ホールＩＣ９ａ，９ｂは固定プレート６に固定されている。固定プレート６の中心には軸孔６ａが設けられている。軸孔６ａには弁軸１２が貫挿されており、弁軸１２と軸孔６ａの周壁との間にはエアギャップＧ３が形成されている。

ホールＩＣ９ａ，９ｂは、マグネット５からヨークプレート３ａ，３ｂ、固定プレート６、弁軸１２、スロットルギア２１を介してマグネット５に至る磁路Ｍ中に配置される。弁軸１２が回転すると、スロットルギア２１と共にマグネット５が回転し、マグネット５とヨークプレート３ａ，３ｂの対向面積Ｓ１，Ｓ２が変化する。これに伴い、磁路Ｍ中の磁束密度が回転角に比例して直線的に変化し、ホールＩＣ９ａ，９ｂからは弁軸１２の回転角度に比例した直線的な電圧信号が出力され、電圧信号値と回転角度との関係に基づき回転軸２の回転角度が算出される。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前述の実施例におけるヨークプレート３ａ，３ｂやマグネット５等の中心角はあくまでも一例であり、検出したい角度幅に応じて適宜変更可能である。また、各実施例では冗長設計のためホールＩＣを２個使用する形態を示したが、ホールＩＣは１個でも回転各検出は可能である。

さらに、実施例６では、磁性体にて形成されたスロットルギア２１にマグネット５を埋め込む構成を採用したが、弁軸１２に固定された磁性体のプレートを合成樹脂等の非磁性体のスロットルギアに固定し、このプレートにマグネット５を取り付けるようにしても良い。

加えて、前述の実施例では本発明による回転角検出装置を電子制御スロットル弁の開度検出に用いた例を示したが、その適用対象はこれには限定されず、モータ回転軸等、回転体の回転角度検出に広く適応可能である。

Claims (12)

1. 回転軸と同期して回転する磁性体にて形成され、前記回転軸に取り付けられた非磁性部材に固定されるヨーク部材と、
   前記ヨーク部材と軸方向に間隔をあけて配置され、その軸方向端面に前記ヨーク部材と対向する磁極を備えるマグネットと、
   前記マグネットによって形成された前記ヨーク部材を通る磁路中に配置される磁気検出素子とを有することを特徴とする回転角検出装置。
2. 請求項１記載の回転角検出装置において、前記マグネットは磁性体にて形成された固定部材に取り付けられ、前記固定部材は、前記マグネットが固定されるマグネット取付部と、前記マグネット取付部と磁気的に接続され前記磁気検出素子が前記ヨーク部材と軸方向に間隔をあけて固定される磁気検出素子取付部とを有することを特徴とする回転角検出装置。
3. 請求項２記載の回転角検出装置において、前記固定部材は、前記マグネットに対し軸方向に隣接して配置されることを特徴とする回転角検出装置。
4. 請求項１記載の回転角検出装置において、前記マグネットは軸方向に着磁されてなることを特徴とする回転角検出装置。
5. 請求項１記載の回転角検出装置において、前記非磁性部材は、エンジンの電子制御スロットル弁に設けられたスロットル弁駆動用のスロットルギヤであることを特徴とする回転角検出装置。
6. 回転軸と同期して回転し、その軸方向端面に磁極を備えると共に前記回転軸に磁気的に接続されたマグネットと、
   前記マグネットと軸方向に間隔をあけて配置され、前記マグネットの前記磁極と対向する磁性体にて形成されたヨーク部材と、
   前記マグネットによって形成された前記ヨーク部材を通る磁路中に配置される磁気検出素子とを有することを特徴とする回転角検出装置。
7. 請求項６記載の回転角検出装置において、前記マグネットは軸方向に着磁されてなることを特徴とする回転角検出装置。
8. 請求項６記載の回転角検出装置において、前記磁気検出素子は磁性体にて形成された固定部材に取り付けられ、前記ヨーク部材は前記磁気検出素子の軸方向端面に取り付けられることを特徴とする回転角検出装置。
9. 請求項１又は６記載の回転角検出装置において、前記ヨーク部材及び前記マグネットは部分円筒形状に形成され、前記ヨーク部材の外径が前記マグネットの外径より大径であることを特徴とする回転角検出装置。
10. 請求項１又は６記載の回転角検出装置において、前記ヨーク部材と前記マグネットとの対向面が径方向に沿って延在することを特徴とする回転角検出装置。
11. 請求項１又は６記載の回転角検出装置において、前記ヨーク部材と前記マグネットの対向面積は前記回転軸の回転によって変化し、前記対向面積の変化に伴って前記磁路中の磁束密度が変化することを特徴とする回転角検出装置。
12. 請求項１又は６記載の回転角検出装置において、前記回転軸は、エンジンの電子制御スロットル弁におけるスロットル弁が固定された弁軸であることを特徴とする回転角検出装置。

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