JPWO2019082576A1 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この回転角度検出装置は、磁石が取り付けられる磁石保持部材と、磁石と対向し、磁石の回転に伴う磁界の変化を検出する磁気検出手段を備えるハウジングと、を備えて構成されている。磁石保持部材に被検出体の回転軸が連結され、磁石保持部材は、外周面がハウジングの内周面で支持された状態で回転可能となっている。
磁界の変化を検出する磁気検出手段に対して回転する磁石と、
被検出体が連結されて回転し、前記磁石が取り付けられる柱状の磁石保持部材と、を有する磁石ユニットと、
前記磁石保持部材を収容するとともに、前記磁石と対向する前記磁気検出手段が設けられるハウジングと、を有する回転角度検出装置であって、
前記ハウジングは、前記磁石保持部材を収容する、開口部を有して内径が前記磁石保持部材の外径より大きい底付き円筒状の収容部を備える、
ことを特徴とする。
回転角度検出装置1は、図1〜図3に示すように、磁石10と、磁石保持部材20と、を有する磁石ユニット30と、ハウジング40と、磁気検出手段50と、回路基板60と、を備えて構成される。
本実施の形態に係る回転角度検出装置1は、例えば船舶の船外機用のトリムチルト角度の検出等に用いられ、被検出体である回転軸Lの振れ角度(偏心)が大きい場合や偏心に加えてスラスト方向(軸方向)のガタつきが大きい場合の回転軸Lの角度検出に用いて好適なものである。
磁石10は、磁界の変化を検出する磁気検出手段50に対して回転する。
磁石10は、例えばSmCo(Samarium-Cobalt)からなり、略円柱形状をなしている。磁石10は、磁石保持部材20に取り付けられて円柱の中心軸を中心に回転される。磁石10の回転にともなう磁界の変化が、後述するハウジング40に取り付けられて磁石10と対向する磁気検出手段50で検出される。
磁石10は、2つの磁極がその中心軸方向に直交する方向に並ぶ形で着磁されている。
磁石保持部材20では、基端側の連結部22aを構成する円筒部22の肉厚Tが、先端側の磁石取付部21aを構成する円筒部21の肉厚tよりも厚く形成してある。
なお、本実施の形態では、磁石保持部材20は、基端部の円筒部22の外径d2が大きく、先端部の円筒部21の外径d1が小さい2段円筒状の外形状に形成されている。したがって、基端部の円筒部22は、外径d2が大きく、しかも円筒側壁の厚さTが厚く形成され、先端部の円筒部21は、外径d1が小さく、円筒側壁の厚さtが薄く形成された2段円筒状の外形とされている。
これにより、被検出体である回転軸Lを連結部22aに挿入して嵌合連結する場合の連結強度を高め磁石保持部材20から回転軸Lが抜け落ちることを防止する。また、回転軸Lの嵌合部Laに連結される磁石保持部材20の先端側の重量を基端側に比べて相対的に小さくすることで、回転軸Lの先端の振れを抑えるようにし、一層確実に嵌合連結状態を保持できるようにしてある。
また、磁石保持部材20は、例えば、磁石10がインサート成形法を利用して固定され、作製される。具体的には、金型内に磁石10を配置して保持ピンなどで保持した状態で金型内に樹脂材料を流し込み、硬化させることにより磁石10が固定された磁石保持部材20を得る。
このような凸状ガイド部21bを設けることで、後述するハウジング40に収容されて回転する磁石保持部材20の磁石10がハウジング40に接触することを防止し、凸状ガイド部21bを接触させることで、磁石保持部材20や磁石10の損傷を防止できるようにしている。
なお、凸状ガイド部21bは、環状に突き出して形成する場合に限らず、円周方向に分割して形成するようにしても良く、分割して形成する場合には、回転バランスを保つことができるように配置する。
嵌合連結される回転軸Lは、図3に示すように、嵌合部Laが円柱の側面の一部を中心軸と平行に平坦に切り欠いた略かまぼこ状の横断面形状に形成されている。
連結部22aは、図2に示すように、回転軸Lの嵌合部Laの横断面形状に合わせた略かまぼこ状の横断面形状の凹部に形成されており、連結部22aの基端面には、平面部と平行に板ばね装着溝22b(図1,図3参照)が形成されている。
板ばね70は、図1などに示すように、ばね材を略U字状に折り曲げて形成されており、U字状の一方に略平坦な固定片70aが形成され、他方に略S字状に湾曲して突き出す押え片70bと、先端のストッパ片70cとが形成されている。
板ばね70は、板ばね装着溝22bに板ばね70の一方の固定片70aが開口側から挿入され、他方の湾曲した押え片70bが連結部22aの内側に突き出すように連結部22aに取り付けられ、ストッパ片70cも連結部22aの内側に突き出すようになっている。
板ばね70が取り付けられた磁石保持部材20の連結部22aには、被検出体である回転軸Lの嵌合部Laが嵌合され、押え片70bによって回転軸Lの中心軸と直交する方向(ラジアル方向)の動きが押えられるとともに、嵌合部Laの先端がストッパ片70cに当たることで所定の深さまで回転軸Lの嵌合部Laが挿入され、回転軸Lの中心軸方向(スラスト方向)の動きが押えられ,強固に嵌合連結状態が保持される。
また、被検出体である回転軸Lと、回転軸Lの連結部22aとが同一の横断面形状としてあるので、回転軸Lと磁石保持部材20は、一体として回転する。
ハウジング40は、図2で示すY−Y線の断面形状が略L字状に形成されており、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性の樹脂材料を用いて形成される。
ハウジング40は、被検出体である回転軸L側に突き出す略円筒状の第1本体部41と、回転軸L側と反対側に第1本体部41と直交して配置された略かまぼこ状の第2本体部42と、第1本体部41の中間部の略ひし形状とされて両側に突き出す固定部43(図2参照)と、が一体に形成されて構成されている。
これにより、収容部44に収容される磁石保持部材20は、外径d1(d2)と、収容部44の内径D1(D2)との間に隙間が形成された状態で収容される。
本実施の形態では、収容部44は円筒状に形成されて一定の内径D1とされ、開口部44aは,開口端に向かって広がる2段の円筒部として形成され、開口端の最大となる内径がD2としてある。一方、磁石保持部材20は、磁石10が取り付けられる円筒部21の外径が小径のd1とされ、回転軸Lの連結部22aとなる円筒部22の外径が大径のd2としてあるが、磁石保持部材20のいずれの部分が収容部44に位置しても外径d1,d2と内径D1,D2との間に隙間が形成されるように設定してある。
このような収容部44に対して磁石保持部材20を相対的に小さくして隙間を設けることにより、図5に磁石保持部材20の偏心状態を示すように、被検出体である回転軸Lが傾いて偏心したり、振れ回ることがあっても磁石保持部材20とハウジング40とが干渉せず、損傷を防止することができる。
したがって、被検出体である回転軸Lの許容される傾き角度や偏心量に応じて磁石保持部材20の外径d1,d2や収容部44の内径D1,D2が定められる。
すなわち、図4に示すように、回転軸Lのスラスト方向の移動によるガタつきにより、磁石保持部材20と収容部44の底面44bとの隙間が変化して大きくなった場合や、隙間が小さくなった場合(図示せず)のいずれでも何ら支障なく磁石保持部材20の収容部44内での回転が確保されるようにしてある。
また、磁石保持部材20の先端に凸状ガイド部21bが設けてあるので、既述したように、ハウジング40に収容されて回転する磁石保持部材20の磁石10の先端面10aがハウジング40に接触することを防止し、先に凸状ガイド部21bを接触させることで、磁石保持部材20や磁石10の損傷を防止できるようにしている。
第2収容部45は、回転軸L側と反対側が開口した凹部として形成されている。第2収容部45には、収容部44の底面44bを挟んで磁石10と対向する位置に、回路基板60に実装した磁気検出手段50が収容される。これにより、第1本体部41の収容部44に収容された磁石保持部材20の磁石10と、第2本体部42の第2収容部45に収容された磁気検出手段50の磁気検出素子51と、が対向するように配置され、磁石10の回転にともなう磁界の変化を検出する。
ハウジング40の第2収容部45への磁気検出手段50や回路基板60などの構成部品の収容については、構成部品とともに、後述する。
封止部材47の充填は、後述する第2収容部45に充填する封止部材47(図1参照)が回り込むことで充填される。
これにより、封止部材47の充填空間を凸部44cによって確保し、磁気検出手段50の磁気検出素子51の検出面51aと磁石10の先端面10aとを対向させて近づけることが可能となり、磁気検出素子51による磁石10の回転にともなう磁界の変化を強めて検出でき、検出精度を高めることができる。
これを防止するため、図3に示すように、収容部44は、内径D1,D2と磁石保持部材20の外径d1,d2との寸法差C1(=D1(D2)−d1(d2))(図示せず)より、凸状ガイド部21bの内径d3と凸部44cの外径D3との寸法差C2(=d3−D3)(図示せず)が大きく形成されている。
この収容部44の内径D1(D2)と磁石保持部材の外径d1(d2)との寸法差C1よりも凸状ガイド部21bの内径d3と凸部44cの外径D3との寸法差C2を大きくするとともに、既に説明したように、磁石保持部材20において、円筒部21の外周面の高さB1を、凸状ガイド部21bの内周面の高さbよりも高く形成することを組み合わせることによって、回転軸Lの偏心や振れなどで磁石保持部材20が過剰に偏心しても磁石保持部材20と収容部44との寸法差C1が小さいので、凸状ガイド部21bと凸部44cとが干渉する前に磁石保持部材20と収容部44とが接触することになる。磁石保持部材20の広い外周面と収容部44の内周面とを先に接触させることで応力が分散され、磁石保持部材20やハウジング40の損傷を抑制することができる。
磁気検出手段50は、他の電子部品等とともに、回路基板60に実装される。
なお、固定ピン65は、回路基板60をハウジング40の第2収容部45に位置決めし固定するためのものであり、出力用導体66は、検出信号を外部に取り出すためのものであり、それぞれ複数設けられている。
これにより、出力用導体66は、回路基板60と電気的に接続され、磁気検出手段50から出力される検出信号が出力用導体66を介して伝送される。出力用導体66は、3本設けられている。
この回転軸Lに連結された磁石保持部材20を覆うようにハウジング40の収容部44を配置し、ハウジング40の固定部43を被検出体などに固定する。
このハウジング40の収容部44に磁石保持部材20を収容した状態では、磁石保持部材20の外周と、収容部44の内周の間に所定の隙間が形成された状態とする。
こうして回転角度検出装置1を設置した後、必要に応じて回転軸Lの回転角度と検出信号との校正を行う。校正は、例えば、回転角度を0〜90度の範囲で変化させた場合に直線性を有する出力信号が得られることを確認する。
こうして準備が完了した後、回転角度検出装置1での回転軸Lの回転角度の検出が行われる。
また、磁石ユニット30では、磁石保持部材20の先端に凸状ガイド部21bを設けて磁石10の先端面10aより突き出すようにしてあるので、回転軸Lのスラスト方向のガタつきが生じても磁石10が収容部44の底面44bと接触することが回避され、凸状ガイド部21bが先に接触することで、例え接触が生じても磁石10の損傷を防止して安定した状態で回転角度の検出を継続することができる。
また、回転角度検出装置1では、磁石保持部材20の磁石10に対して、ハウジング40の収容部44の底面44bに、凸部44cを形成して磁気検出手段50を磁石10と対向させて設置している。凸部44cの内側には、凹部を形成し、凹部をハウジング40の熱膨張などから磁気検出素子51を保護する封止部材47の充填空間とする。これにより、封止部材47の充填空間を確保し、磁気検出手段50の磁気検出素子51と磁石10とを近づけることが可能となり、磁石10の回転に伴う磁界の変化を強めて検出することで検出精度を高めることができる。したがって、一層安定した状態で回転角度を検出することができる。
また、回転角度検出装置1では、磁石保持部材20の外周面とハウジング40の収容部44の内周面との寸法差C1に比べて、磁石保持部材20の凸状ガイド部21bの内周面とハウジング40の凸部44cの外周面との寸法差C2を大きく設定してあり、回転軸Lの偏心や振れなどで磁石保持部材20が過剰に偏心しても磁石保持部材20の外周面とハウジング40の収容部44の内周面とを先に接触させることで、接触面積の広い部分を接触させて応力を分散させることができる。これにより、磁石保持部材20やハウジング40の損傷を抑制することができ、安定した状態で回転角度を検出することができる。
これにより、被検出体である回転軸Lとの連結が確実にでき、安定した状態で回転角度を検出することができる。
また、本発明は、各実施の形態で説明した構成を単独あるいは組み合わせて構成することができるものである。
さらに、本発明は、上記実施の形態に限定するものではない。
10 磁石
10a 先端面
20 磁石保持部材
21 円筒部
21a 磁石取付部
21b 凸状ガイド部
22 円筒部
22a 連結部
22b 板ばね装着溝
23 仕切部
30 磁石ユニット
40 ハウジング
41 第1本体部
42 第2本体部
43 固定部
44 収容部
44a 開口部
44b 底面
44c 凸部
45 第2収容部
46 コネクタ部
47 封止部材
50 磁気検出手段
51 磁気検出素子
51a 検出面
60 回路基板
61 基板
62 貫通孔
63 貫通孔
64 ランド部
65 固定ピン
66 出力用導体
66a 出力端子部
66b 中間部
66c 接続端子部
70 板ばね
70a 固定片
70b 押え片
70c ストッパ片
L 回転軸(被検出体)
Claims (6)
- 磁界の変化を検出する磁気検出手段に対して回転する磁石と、
被検出体が連結されて回転し、前記磁石が取り付けられる柱状の磁石保持部材と、を有する磁石ユニットと、
前記磁石保持部材を収容するとともに、前記磁石と対向する前記磁気検出手段が設けられるハウジングと、を有する回転角度検出装置であって、
前記ハウジングは、前記磁石保持部材を収容する、開口部を有して内径が前記磁石保持部材の外径より大きい底付き円筒状の収容部を備える、
ことを特徴とする回転角度検出装置。 - 前記磁石保持部材は、先端部に前記磁石の先端面より突き出して前記収容部の底面と対向する凸状ガイド部を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。 - 前記収容部は、前記収容部の底面に位置し、前記凸状ガイド部の内径より小さい外径で突き出して前記磁石に前記磁気検出手段を近づける柱状の凸部を備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の回転角度検出装置。 - 前記収容部は、前記内径と前記磁石保持部材の外径との寸法差より、前記凸状ガイド部の内径と前記凸部の外径との寸法差が大きく形成される、
ことを特徴とする請求項3に記載の回転角度検出装置。 - 前記収容部は、前記開口部が開口端に向かって前記内径より大きく形成される、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の回転角度検出装置。 - 前記回転角度検出装置の前記磁石保持部材は、
基端部に前記被検出体が連結される連結部と、
先端部に前記磁石が取り付けられる磁石取付部と、を備え、
前記連結部は、前記磁石取付部より肉厚に形成した、
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の回転角度検出装置。
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2018
- 2018-09-25 JP JP2019549959A patent/JP7173032B2/ja active Active
- 2018-09-25 WO PCT/JP2018/035412 patent/WO2019082576A1/ja active Application Filing
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