(57)【要約】【課題】主に自動車のアクセルペダル等の回転角度検出に用いられる角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置に関し、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能なものを提供することを目的とする。【解決手段】磁気検出素子６が配設されたコア１５と、略円弧状のヨーク１３及びこのヨーク１３両端の間に装着された磁石１４の間隙が、回転体１２の回転に応じて変化するように形成すると共に、ケース１１と回転体１２に、回転体１２を所定の角度で保持する係止部１１Ｂと１２Ｂを設けることによって、磁気検出素子６の大きく変化する磁束密度の値を用いて、回転体１２の回転角度の検出を行うことができるため、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ１７、及びこれを用いた回転角度検出装置を得ることができる。【選択図】図１
2010223656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状または略箱型のケースと、このケース内に回転可能に収納された回転体と、この回転体下面に装着された略円弧状の一対のヨークと、この一対のヨーク両端の間に装着された磁石と、上記ケース中央に上記ヨークと所定の間隙を空けて対向配置された一対のコアと、この一対のコアの間に配設された磁気検出素子からなり、上記コアと上記ヨーク及び磁石の間隙が、上記回転体の回転に応じて変化するように形成すると共に、上記ケースと上記回転体に、回転体を所定の角度で保持する係止部を設けた角度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の角度センサの磁気検出素子に制御手段を接続すると共に、この制御手段が磁気検出素子の検出した磁気によって、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車のアクセルペダル等の回転角度検出に用いられる角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な角度センサや回転角度検出装置を用いてアクセルペダル等の回転角度を検出し、車両の多様な制御を行うものが増えている。
【０００３】
このような、従来の角度センサ及びこれを用いた回転角度検出装置について、図６〜図９を用いて説明する。
【０００４】
図６は従来の角度センサの断面図、図７は同回転角度検出装置の分解斜視図であり、同図において、１は上面開口で略円筒状の絶縁樹脂製のケース、２は略円柱状で絶縁樹脂製の回転体で、回転体２上面には上方へ突出する回転軸２Ａが設けられると共に、この回転体２がケース１内に回転可能に収納されている。
【０００５】
また、３は略円弧状で磁性材料製のヨーク、４は略直方体状の磁石で、一対のヨーク３が回転体２下面に装着されると共に、この一対のヨーク３両端の間に二つの磁石４が、各々のヨーク３に同極を当接させて固着されている。
【０００６】
そして、５は略半円状で磁性材料製のコアで、一対のコア５がケース１中央の略円柱状の突起部１Ａ上に載置され、ヨーク３内周や磁石４と所定の間隙を空けて対向配置されている。
【０００７】
さらに、６は検出面に対して垂直方向の磁気を検出するホール素子等の磁気検出素子で、二つの磁気検出素子６がケース１中央の突起部１Ａ内に収納され、一対のコア５の間に配設されて、角度センサ７が構成されている。
【０００８】
また、８は上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、ケース１底面から下方へ突出した磁気検出素子６の端子６Ａが、半田付け等によって配線パターンに実装されている。
【０００９】
さらに、配線基板８にはマイコン等の電子部品によって制御手段９が形成されると共に、この制御手段９に配線パターンを介して磁気検出素子６が電気的に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【００１０】
そして、このように構成された回転角度検出装置が、一般に自動車のアクセルペダルに、角度センサ７の回転軸２Ａが回転可能に装着されると共に、制御手段９がリード線やコネクタ（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に接続される。
【００１１】
つまり、このアクセルペダルが踏み込まれていない状態では、図６に示すように、左右の磁石４のＮ極から上方のヨーク３中央を介して、コア５、下方のヨーク３、磁石４のＳ極への上下方向の磁界が生じているが、コア５の間に配設された磁気検出素子６は検出面に対して垂直方向、すなわち左右方向の磁気を検出するものであるため、この磁気は殆んど検出されず、図８の波形図に示すように、磁気検出素子６が検出する磁束密度は０となっている。
【００１２】
以上の構成において、アクセルペダルが踏み込まれると、これに装着された回転軸２Ａが回転し、これに伴って図９の部分断面図に示すように、回転体２及びこの下面に固着された一対のヨーク３と磁石４が、例えば時計方向へ回転するため、この回転した磁石４のＮ極からは、上方のヨーク３中央、コア５、下方のヨーク３、磁石４のＳ極への、右上から左下方向への磁気が生じ、磁界の方向が変化する。
【００１３】
そして、この磁気をコア５の間に配設された磁気検出素子６が検出するが、この磁気検出素子６が検出する磁束密度は、図８に示すように、回転体２の回転角度に伴ってほぼ直線状に大きくなり、回転体２の回転角度が９０度の時、つまり一対のヨーク３の中央が磁気検出素子６と垂直に対向した角度で磁束密度が最大となる、波形Ｌのような特性となる。
【００１４】
ただし、実際にアクセルペダルが踏み込まれる量、すなわち回転体２が回転する角度は２０度前後までであるため、回転体２の回転角度はθの範囲、磁気検出素子６が検出する磁束密度は０〜５０ｍＴ前後の範囲で直線状に変化する値となり、この磁束密度に応じた所定の電圧値が、磁気検出素子６から制御手段９へ出力される。
【００１５】
そして、この磁気検出素子６が検出した磁気の強弱から、制御手段９が回転体２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、アクセルペダルの踏み込み量に応じたスロットルバルブの制御等が行われる。
【００１６】
つまり、回転体２の回転に伴って方向が変化するヨーク３中央からの磁石４の磁気を、これらと所定の間隙を空けて対向配置されたコア５を介して、磁気検出素子６が検出し、この回転角度θの範囲の直線状に変化する磁束密度によって、制御手段９が回転体２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を検出するように構成されているものであった。
【００１７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００１−３１７９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来の角度センサ７や回転角度検出装置においては、回転体２の回転に伴うヨーク３中央からの磁石４の磁気を、コア５を介して磁気検出素子６が検出し、この直線状の変化の少ない磁束密度から制御手段９が回転体２の回転角度を検出しているため、回転角度θの範囲内での磁束密度の変化が小さく、高精度な回転角度の検出を行うことが困難であるという課題があった。
【００１９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００２１】
本発明の請求項１に記載の発明は、磁気検出素子が配設されたコアと、略円弧状のヨーク及びこのヨーク両端の間に装着された磁石の間隙が、回転体の回転に応じて変化するように形成すると共に、ケースと回転体に、回転体を所定の角度で保持する係止部を設けて角度センサを構成したものであり、回転体の回転に伴って、コアとヨーク及び磁石の間隙を変化させると共に、磁気検出素子が検出する磁束密度の変化が大きな角度で、回転体を係止部で保持することによって、大きく変化する磁束密度の値を用いて、回転体の回転角度の検出を行うことができるため、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な角度センサを得ることができるという作用を有する。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の角度センサの磁気検出素子に制御手段を接続すると共に、この制御手段が磁気検出素子の検出した磁気によって、回転体の回転角度を検出するようにして回転角度検出装置を構成したものであり、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を実現することができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように本発明によれば、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ、及びこれを用いた回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００２５】
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００２６】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による角度センサの断面図、図２は同回転角度検出装置の分解斜視図であり、同図において、１１は上面開口で略円筒状のポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製のケース、１２は略円柱状で同じく絶縁樹脂製の回転体で、回転体１２上面には上方へ突出する回転軸１２Ａが設けられると共に、この回転体１２がケース１１内に回転可能に収納されている。
【００２７】
そして、１３は略円弧状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の磁性材料製のヨーク、１４は略直方体状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、一対のヨーク１３が回転体１２の下面に装着されると共に、この一対のヨーク１３両端の間に二つの磁石１４が、各々のヨーク１３に同極を当接させて固着されている。
【００２８】
また、１５は略半円状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の磁性材料製のコアで、一対のコア１５がケース１１中央の略円柱状の突起部１１Ａ上に載置され、ヨーク１３内周や磁石１４と所定の間隙を空けて対向配置されている。
【００２９】
さらに、磁石１４がやや内方に突出してヨーク１３の間に固着されると共に、コア１５がやや縦長の略半円状に形成され、回転体１２が回転した際、コア１５とヨーク１３内周及び磁石１４の間隙が、回転に応じて変化するように形成されている。
【００３０】
そして、６は検出面に対して垂直方向の磁気を検出するホール素子等の磁気検出素子で、二つの磁気検出素子６がケース１１中央の突起部１１Ａ内に収納され、一対のコア１５の間に配設されている。
【００３１】
さらに、ケース１１側壁には凹状に窪んだ係止部１１Ｂが、回転体１２外周には凸状に突出した係止部１２Ｂが各々設けられ、この係止部１１Ｂと１２Ｂによって回転体１２が所定角度、例えば４０度前後時計方向へ回転した状態で、ケース１１に保持されて角度センサ１７が構成されている。
【００３２】
また、８は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、ケース１１底面から下方へ突出した磁気検出素子６の端子６Ａが、半田付け等によって配線パターンに実装されている。
【００３３】
さらに、配線基板８にはマイコン等の電子部品によって制御手段１９が形成されると共に、この制御手段１９に配線パターンを介して磁気検出素子６が電気的に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【００３４】
そして、このように構成された回転角度検出装置が、一般に自動車のアクセルペダルに、角度センサ１７の回転軸１２Ａが回転可能に装着されると共に、制御手段１９がリード線やコネクタ（図示せず）等を介して、車両の電子回路（図示せず）に接続される。
【００３５】
以上の構成において、アクセルペダルが踏み込まれると、これに装着された回転軸１２Ａが回転し、これに伴って回転体１２及びこの下面に固着された一対のヨーク１３と磁石１４が、図３（ａ）の部分断面図に示すように、さらに時計方向へ回転する。
【００３６】
なお、この時、本実施の形態においては、上述したように係止部１１Ｂと１２Ｂによって、回転体１２が４０度前後時計方向へ回転した状態で、ケース１１に保持されているが、もし、これらの係止部１１Ｂや１２Ｂが設けられていない場合、回転体１２の回転角度が０度の状態では、各構成部品は図３（ｂ）に示すような配置となる。
【００３７】
つまり、この回転角度が０度の状態では、コア１５がやや縦長の略半円状に形成されているため、ヨーク１３内周とコア１５外周の間隙は左右方向が大きく、上下方向が小さな状態となっており、左右の磁石１４のＮ極から上方のヨーク１３中央を介して、コア１５、下方のヨーク１３、磁石１４のＳ極への、上下方向の磁界が生じている。
【００３８】
しかし、コア１５の間に配設された磁気検出素子６は検出面に対して垂直方向、すなわち左右方向の磁気を検出するものであるため、ヨーク１３とコア１５の間隙は小さいが、この磁気は殆んど検出されず、図４の波形図に示すように、磁気検出素子６が検出する磁束密度は０となっている。
【００３９】
また、この状態から回転体１２を時計方向へ回転すると、この下面に固着された一対のヨーク１３と磁石１４も時計方向へ回転するため、この回転した磁石１４のＮ極からは、上方のヨーク１３中央、コア１５、下方のヨーク１３、磁石１４のＳ極への、右上から左下方向への磁気が生じ、磁界の方向が変化する。
【００４０】
そして、この磁気をコア１５の間に配設された磁気検出素子６が検出するが、この磁気検出素子６が検出する磁束密度は、図４に示すように、回転体１２の回転角度に伴ってほぼ直線状に大きくなり、回転体１２の回転角度が９０度の時、つまり一対のヨーク１３の中央が磁気検出素子６と垂直に対向した角度で、ヨーク１３内周とコア１５外周の間隙が大きいため、やや小さな値とはなるが磁束密度が最大となる、波形Ｍのような特性となる。
【００４１】
さらに、ヨーク１３両端に固着されやや内方に突出した磁石１４とコア１５外周の間隙は、回転角度が０度の状態では、コア１５がやや縦長の略半円状に形成され間隙が大きくなっているため、磁石１４からの漏れ磁束は、図３（ｂ）に示すように、殆んど磁気検出素子６に検出されないが、回転体１２が時計方向へ回転すると、磁石１４とコア１５の間隙が小さくなるため、回転角度が３０度前後からはこの磁石１４からの漏れ磁束も、コア１５を介して磁気検出素子６が検出するようになる。
【００４２】
したがって、このようにコア１５がやや縦長の略半円状に形成され、回転体１２の回転に伴って、コア１５とヨーク１３及び磁石１４の間隙が変化する本実施の形態においては、磁気検出素子６が検出する磁束密度は、図４に示すように、回転角度に伴って値がほぼ直線状に大きくなる波形Ｍに、上記のように回転角度が３０度前後から値が大きくなる漏れ磁束が加わった、回転角度３０度から７０度前後の間が急傾斜となり、磁束密度が曲線状に大きく変化する波形Ｎのような特性となる。
【００４３】
そして、本実施の形態においては、図１に示したように、アクセルペダルが踏み込まれていない状態でも、係止部１１Ｂと１２Ｂによって、回転体１２が４０度前後時計方向へ回転した状態でケース１１に保持されているため、この状態で磁気検出素子６が検出する磁束密度は８０ｍＴ前後となる。
【００４４】
また、この状態からアクセルペダルが踏み込まれ、回転体１２がさらに２０度前後回転した図３（ａ）の状態では、左右の磁石１４のＮ極から上方のヨーク１３中央を介して、コア１５、下方のヨーク１３、磁石１４のＳ極への右上から左下方向への磁界と、磁石１４からの漏れ磁束がより強まり、磁気検出素子６が検出する磁束密度は１５０ｍＴ前後となる。
【００４５】
さらに、これらの磁束密度に応じた所定の電圧値が、磁気検出素子６から制御手段１９へ出力され、この磁気の強弱から制御手段１９が回転体１２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、アクセルペダルの踏み込み量に応じたスロットルバルブの制御等が行われる。
【００４６】
つまり、回転体１２の回転に伴って変化するヨーク１３中央からの磁石１４の磁気と、磁石１４からの漏れ磁束を、これらと所定の間隙を空けて対向配置されたコア１５を介して、磁気検出素子６が検出し、この４０度前後から６０度前後の、回転角度θの範囲の直線状に変化する磁束密度によって、制御手段１９が回転体１２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を検出するように構成されている。
【００４７】
そして、この時、上記のようにコア１５がやや縦長の略半円状に形成され、コア１５とヨーク１３及び磁石１４の間隙が、回転体１２の回転に応じて変化するように形成されると共に、アクセルペダルが踏み込まれていない状態で、回転体１２が係止部１１Ｂと１２Ｂによって、４０度前後時計方向へ回転した状態でケース１１に保持されているため、この４０度前後から６０度前後の間の、大きく変化する磁気検出素子６の磁束密度の値を用いて、高分解能な回転体１２の回転角度の検出を行うことができるようになっている。
【００４８】
すなわち、実際にアクセルペダルが踏み込まれる量、２０度前後の回転体１２の回転角度θの検出を、図４の波形Ｎに示したような、回転角度３０度から７０度前後の間が急傾斜となり、曲線状に大きく変化する磁束密度の値、つまり８０〜１５０ｍＴ前後の磁束密度を用いて、制御手段１９が回転体１２の回転角度の検出を行うことによって、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が行えるように構成されている。
【００４９】
なお、一対のコア１５の間の突起部１１Ａ内に収納する磁気検出素子６は、一つであっても本発明の実施は可能であるが、二つの磁気検出素子６を配設し、これらの検出した磁気によって、制御手段１９が回転体１２の回転角度の検出を行うようにすることで、万が一、一方の磁気検出素子６に破損や故障が生じた場合でも、回転角度の検出が可能になると共に、制御手段１９がこれらの検出した磁気の比較を行うことで、こうした破損や故障を検出することも可能となる。
【００５０】
また、以上の説明では、検出面に対して垂直方向の磁気を検出するホール素子等の磁気検出素子６を用いた構成について説明したが、やや構成は複雑となるが、これとは直交方向の水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等を用いた構成としても、本発明の実施は可能である。
【００５１】
さらに、以上の説明では、アクセルペダルに回転軸１２Ａを回転可能に装着し、この回転軸１２Ａを介して回転体１２が回転する構成について説明したが、図５の分解斜視図に示すように、回転体１２に揺動軸１２Ｃを設け、この揺動軸１２Ｃをアクセルペダルに装着して、回転体１２を回転させる構成としてもよい。
【００５２】
すなわち、同図において、下面開口で略箱型のケース１１内に回転体１２が、揺動軸１２Ｃを外方へ突出させて回転可能に収納されると共に、揺動軸１２Ｃと対向して延出した駆動軸１２Ｄ先端とケース１１内側壁の間には、コイル状のばね２０がやや撓んだ状態で装着されている。
【００５３】
そして、このケース１１下面にねじ（図示せず）等によってカバー２１が固着されると共に、これらの内部には上述した構成と同様に、一対のヨーク１３やこの両端に固着された二つの磁石１４、ケース１１とは別体に形成された突起部１１Ａや二つの磁気検出素子６、やや縦長の略半円状に形成された一対のコア１５、配線基板８や制御手段１９が配設されている。
【００５４】
また、ケース１１側壁には凹状に窪んだ係止部１１Ｂが設けられ、この係止部１１Ｂ右端に揺動軸１２Ｃ右端が当接して、回転体１２が所定角度、例えば４０度前後時計方向へ回転した状態で、ケース１１に保持されている。
【００５５】
つまり、アクセルペダルが踏み込まれると、揺動軸１２Ｃが所定角度揺動して、ばね２０を撓めながら回転体１２が回転し、図３や図４に示した場合と同様に、ヨーク１３中央からの磁石１４の磁気と磁石１４からの漏れ磁束を、コア１５を介して磁気検出素子６が検出して、制御手段１９が回転体１２の回転角度、すなわちアクセルペダルの踏み込み量を検出するように構成されている。
【００５６】
このように本実施の形態によれば、磁気検出素子６が配設されたコア１５と、略円弧状のヨーク１３及びこのヨーク１３両端の間に装着された磁石１４の間隙が、回転体１２の回転に応じて変化するように形成すると共に、ケース１１と回転体１２に、回転体１２を所定の角度で保持する係止部１１Ｂと１２Ｂを設けることによって、磁気検出素子６が検出する磁束密度の変化が大きな角度で、回転体１２を保持し、大きく変化する磁束密度の値を用いて、回転体１２の回転角度の検出を行うことができるため、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能な角度センサ１７、及びこれを用いた回転角度検出装置を得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明による角度センサ及びこれを用いた回転角度検出装置は、簡易な構成で、高精度な回転角度の検出が可能なものを実現することができ、主に自動車のアクセルペダルの回転角度の検出等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施の形態による角度センサの断面図
【図２】同回転角度検出装置の分解斜視図
【図３】同部分断面図
【図４】同波形図
【図５】同他の実施の形態による回転角度検出装置の分解斜視図
【図６】従来の角度センサの断面図
【図７】同回転角度検出装置の分解斜視図
【図８】同波形図
【図９】同部分断面図
【符号の説明】
【００５９】
６  磁気検出素子
８  配線基板
１１  ケース
１１Ａ  突起部
１１Ｂ、１２Ｂ  係止部
１２  回転体
１２Ａ  回転軸
１２Ｃ  揺動軸
１２Ｄ  駆動軸
１３  ヨーク
１４  磁石
１５  コア
１７  角度センサ
１９  制御手段
２０  ばね
２１  カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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