JP5953941B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、個体間の検出角度のばらつきを抑制し、体格を小さくすることができる回転角度検出装置を提供することである。
したがって、回転角度検出装置を1つの磁界発生手段および1つのヨークで構成することができ、部品点数が少ないので、組み立てるとき部品同士の位置関係がばらつき難い。そのため、個体間の検出角度のばらつきを抑制することができる。
また、磁界発生手段の回転角度範囲が360[°]より小さい場合、磁界発生手段の一端部に対し他端部とは反対側はデッドスペースとなり、磁界発生手段の回転角度範囲に応じてヨークを小さくすることができるので、回転角度検出装置の体格を小さくすることができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による回転角度検出装置は、例えば、自動車の電子スロットル、排気ガス再循環バルブ、または、アクセルペダル等の回転部に適用される。図1に示す回転システムは、ハウジング90と、回転可能に支持された回転軸91と、回転軸91を回転駆動可能なロータリーアクチュエータ92と、回転角度検出装置10とを備えている。ハウジング90は、特許請求の範囲に記載の「支持部材」に相当し、回転軸91は、特許請求の範囲に記載の「回転体」に相当する。回転角度検出装置10は、ハウジング90に対する回転軸91の回転角度を検出する。検出された回転角度を表す電気信号は、ECU93に出力される。ECU93は、回転角度検出装置10から出力された電気信号に基づいてロータリーアクチュエータ92をフィードバック制御する。
回転角度検出装置10は、永久磁石11と、ヨーク15と、ホール素子26を含むホールIC25とを備えている。永久磁石11は、特許請求の範囲に記載の「磁界発生手段」に相当し、ホール素子26は、特許請求の範囲に記載の「磁気検出手段」に相当する。
(1)基準位置
図4に示すように永久磁石11が基準位置に位置しているとき、ヨーク15の端部17を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線は、ヨーク15の端部18を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線と比べ、方向が反対であり、量が同じである。そのため、永久磁石11の基準位置に対応する回転軸91の回転角度を0[°]とすると、図10に示すように、回転軸91の回転角度が0[°]であるとき、ホール素子26が検出する隙間20の磁界の強さ即ち磁束密度Bは0[mT]である。
回転軸91の回転に伴って永久磁石11が基準位置に対し端部18側に回転すると、ヨーク15の端部18を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線は、ヨーク15の端部17を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線と比べ、量が多くなる。例えば永久磁石11が基準位置からマイナス側の最大回転位置まで回転すると、永久磁石11は図4、図5、図6、図7、図8、図9の順で移動する。これらの図に示すように、永久磁石11の他端部13が端部18に近づくほど、ヨーク15の端部18を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線が多くなるとともに、ヨーク15の端部17を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線が少なくなる。そのため、永久磁石11のマイナス側の最大回転位置に対応する回転軸91の回転角度を−150[°]とすると、図10に示すように、回転軸91の回転角度が−150[°]に近づくほど、ホール素子26が検出する磁束密度Bはマイナス側に大きくなる。
回転軸91の回転に伴って永久磁石11が基準位置に対し端部17側に回転すると、ヨーク15の端部18を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線は、ヨーク15の端部17を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線と比べ、量が少なくなる。永久磁石11の他端部13が端部17側に近づくほど、ヨーク15の端部18を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線が少なくなるとともに、ヨーク15の端部17を通ってホール素子26の感磁面に入る磁力線が多くなる。そのため、永久磁石11のプラス側の最大回転位置に対応する回転軸91の回転角度を150[°]とすると、図10に示すように、回転軸91の回転角度が150[°]に近づくほど、ホール素子26が検出する磁束密度Bはプラス側に大きくなる。
また、第1実施形態では、ヨーク15は円筒状であるため、検出範囲を300[°]とすることができる。
本発明の第2実施形態による回転角度検出装置を図12および図13に基づき説明する。回転角度検出装置40の検出範囲は、基準位置から回転軸心φまわりで±110[°]の角度範囲である。永久磁石11は、図12中に一点鎖線で示すように−110[°]に対応するマイナス側の最大回転位置から、図12中に二点鎖線で示すように+110[°]に対応するプラス側の最大回転位置まで回転可能である。第2実施形態では、永久磁石11の回転角度範囲は、中心角が220[°]の扇形である。
以上説明したように、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏する。さらに第2実施形態によれば、永久磁石11の回転角度範囲が第1実施形態より小さく、その回転角度範囲に応じてヨーク41が小さく形成されているので、体格が小さいという効果を得ることができる。
本発明の第3実施形態による回転角度検出装置を図14および図15に基づき説明する。図14に示すように、回転角度検出範囲50のヨーク51の第2壁52は、回転軸心φに垂直な断面において長手方向の中央から端部44側に外れた位置に隙間53を有している。
図15に実線で示すように、回転軸91の回転角度が+60[°]であるとき、ホール素子26が検出する磁束密度Bが0[mT]となり、温度に起因した検出誤差が最小となる。なお、図15中の破線は、第1実施形態におけるホール素子26の出力特性を示す線図である。
以上説明したように、第3実施形態のように隙間53の位置を調整することによって、最も高い検出精度が要求される回転位置で温度に起因した検出誤差を最小にすることができ、検出精度を高めることができる。
本発明の第4実施形態による回転角度検出装置を図16および図17に基づき説明する。回転角度検出装置60の検出範囲は、基準位置から回転軸心φまわりで±45[°]の角度範囲である。永久磁石11は、図16中に一点鎖線で示すように−45[°]に対応するマイナス側の最大回転位置から、図16中に二点鎖線で示すように+45[°]に対応するプラス側の最大回転位置まで回転可能である。第4実施形態では、永久磁石11の回転角度範囲は、中心角が90[°]の扇形である。
以上説明したように、第4実施形態によれば、第2実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第4実施形態によれば、永久磁石11の回転角度範囲が第2実施形態より小さく、その回転角度範囲に応じてヨーク61が第2実施形態よりも更に小さく形成されているので、体格が小さいという効果を得ることができる。
本発明の第5実施形態による回転角度検出装置を図18および図19に基づき説明する。回転角度検出装置70の検出範囲は、基準位置から回転軸心φまわりで±90[°]の角度範囲である。永久磁石11は、図18中に一点鎖線で示すように−90[°]に対応するマイナス側の最大回転位置から、図18中に二点鎖線で示すように+90[°]に対応するプラス側の最大回転位置まで回転可能である。第5実施形態では、永久磁石11の回転角度範囲は、中心角が180[°]の扇形である。
以上説明したように、第5実施形態によれば、第3実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第5実施形態によれば、最大回転位置に位置する永久磁石11の他端部13に対して第2壁75の第1板部76が離れているので、最大回転位置付近の検出精度を高めることができ、検出範囲を拡大することができる。
本発明の第6実施形態による回転角度検出装置を図20および図21に基づき説明する。回転角度検出装置80の検出範囲は、基準位置から回転軸心φまわりで±90[°]の角度範囲である。永久磁石11は、図20中に一点鎖線で示すように−90[°]に対応するマイナス側の最大回転位置から、図20中に二点鎖線で示すように+90[°]に対応するプラス側の最大回転位置まで回転可能である。第6実施形態では、永久磁石11の回転角度範囲は、中心角が180[°]の扇形である。
以上説明したように、第6実施形態によれば、ヨーク81は四角筒状であり、例えば円筒状のヨーク15と比べて容易に製造可能であるので、製造コストを低減することができる。
本発明の第7実施形態による回転角度検出装置を図22に基づき説明する。回転角度検出装置85の検出範囲は、基準位置から回転軸心φまわりで±150[°]の角度範囲である。第7実施形態では、第1実施形態の永久磁石11に代えて回転子86が設けられている。「磁界発生手段」に相当する回転子86は、回転軸心φから当該回転軸心φに直交する方向へ延びるように形成された磁性体87と、磁性体87のうちヨーク15の第1壁16に対向する面であって磁性体87の先端部に固定された永久磁石88とから構成されている。
以上説明したように、第7実施形態によれば、永久磁石88の体格を小さくすることができるので、製造コストを低減することができる。
本発明の他の実施形態では、永久磁石の回転角度範囲は、回転軸心まわりで±150[°]、±110[°]、±90[°]、±45[°]の角度範囲以外の角度範囲であってもよい。
本発明の他の実施形態では、永久磁石がハウジングに固定され、ヨークが回転軸に固定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、磁界発生手段として、永久磁石以外の例えばコイルなどを用いてもよい。
本発明の他の実施形態では、磁気検出手段として、ホール素子以外の例えば磁気抵抗素子などを用いてもよい。また、磁気検出手段としてホール素子を用いる場合、種々の処理回路を有するホールICが設けられなくてもよい。すなわち、種々の処理は外部が行い、回転角度検出装置はホール素子を備えるだけでもよい。
第7実施形態では、回転子の永久磁石は磁性体の先端部に設けられていた。これに対し、本発明の他の実施形態では、永久磁石は磁性体の中間部または基端部に設けられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
11・・・永久磁石(磁界発生手段)
12・・・一端部
13・・・他端部
15、41、51、61、71、81・・・ヨーク
20、46、53、66、79、84・・・隙間
26・・・ホール素子(磁気検出手段)
86・・・回転子(磁界発生手段)
90・・・ハウジング(支持部材)
91・・・回転軸(回転体)
φ ・・・回転軸心
Claims (11)
- 支持部材(90)に対する回転体(91)の回転角度を検出する回転角度検出装置(10、40、60、70、80、85)であって、前記回転体に固定される磁界発生手段(11、86)と、磁性材料からなり、前記磁界発生手段と前記回転体の回転軸心(φ)とを内側に含むように筒状に形成され、軸方向に垂直な断面において周方向の一部に1つの隙間(20、46、66、79、84)を有し、前記支持部材に固定されるヨーク(15、41、61、71、81)と、前記ヨークの前記隙間に設けられ、前記ヨークの周方向からの磁束を検出する周方向に垂直な感磁面を有し、前記回転体が回転することにより変化する前記隙間の周方向のみの磁界の強さに応じた電気信号を出力する1つのホール素子である磁気検出手段(26)と、を備え、前記磁界発生手段は、当該磁界発生手段を通る磁力線が前記回転体の回転角度に拘わらず回転軸心を通過するように配置されるとともに、一方の磁極が位置する一端部(12)および他方の磁極が位置する他端部(13)のうち前記一端部に回転軸心が通るように配置され、前記磁界発生手段の前記一端部中央と前記他端部中央とを通る直線上に前記隙間中央がある位置を基準位置としたとき、前記ヨークは、前記磁界発生手段が前記基準位置に位置しているとき、前記回転軸心に垂直な断面において、前記磁界発生手段の前記一端部と前記他端部と隙間とを通る前記直線を境に、前記隙間に配置された磁気検出手段に対して左右対称な形状であり、前記磁界発生手段の回転角度範囲を取り囲むように形成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
- 前記磁界発生手段は、前記一端部を中心に前記回転体と一体に回転可能であ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(10、40、60、70、80、85)。
- 前記ヨーク(15、41、61、71)は、前記回転体の回転角度に拘わらず前記磁界発生手段の他端部に対向する第1壁(16、42、62、72)、および、前記第1壁の両端部同士を接続するとともに前記隙間を有する第2壁(19、45、65、75)から構成され、前記磁界発生手段の前記他端部と前記第1壁との間隔は、前記回転体の回転角度に拘わらず一定であることを特徴とする請求項1または2に記載の回転角度検出装置(10、40、60、70、85)。
- 前記ヨーク(15)は、円筒状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転角度検出装置(10、85)。
- 前記磁界発生手段の回転角度範囲は、回転軸心まわりで180[°]以上の角度範囲であり、前記第1壁(42)は、回転軸心に直交する断面の形状が円弧状であり、前記第2壁(45)は、回転軸心に直交する断面の形状が直線状であ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(40)。
- 前記磁気検出手段は、回転軸心に直交する断面において前記第2壁(19、45、75)の長手方向の中央に設けられていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の回転角度検出装置(10、40、70、85)。
- 前記磁界発生手段の回転角度範囲は、回転軸心まわりで180[°]以下の角度範囲であり、前記ヨーク(61)は、回転軸心に直交する断面の形状が扇状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転角度検出装置(60)。
- 前記磁界発生手段の回転角度範囲は、回転軸心まわりで180[°]の角度範囲であり、前記第1壁(72)は、回転軸心に直交する断面の形状が半円の円弧状であり、前記第2壁(75)は、前記第1壁の両端部同士を接続する仮想直線(L)に平行な第1板部(76)と、前記第1板部に直交し且つ前記第1壁の一方の端部(77)に接続する第2板部(77)と、前記第1板部に直交し且つ前記第1壁の他方の端部(78)に接続する第3板部(78)と、から構成されてい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(70)。
- 前記ヨーク(81)は、四角筒状であることを特徴とする請求項1または2に記載の回転角度検出装置(80)。
- 前記磁界発生手段(86)は、磁性体(87)、および、前記磁性体に固定された永久磁石(88)から構成されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の回転角度検出装置(85)。
- 前記磁性体は、回転軸心から当該回転軸心に交差する方向へ延びるように形成され、前記永久磁石は、前記磁性体のうち前記ヨークに対向する面に固定されていることを特徴とする請求項10に記載の回転角度検出装置(85)。
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