(57)【要約】【課題】ヨーク間のギャップを確保するスペースを形成しても、回転軸方向の厚みが抑制される角度検出器を提供することを目的とする。【解決手段】磁束回路板を通る磁束を回転子板６の回転により変化させることで回転子板６の回転角度を検出する角度検出器において、回転軸回りに回転する回転子板６の回転軌道上に磁束を形成するコイル層２と、コイル層２の回転軸方向に積層される第１磁束回路板４と、コイル層２の回転軸方向における第１磁束回路板４が積層される側に積層され、第１磁束回路板４との間に間隙を形成する第２磁束回路板５と、を有する角度検出器を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束回路板を通る磁束を回転子板の回転により変化させることで前記回転子板の回転角度を検出する角度検出器において、
回転軸回りに回転する前記回転子板の回転軌道上に磁束を形成するコイル層と、
前記コイル層の前記回転軸方向に積層される第１磁束回路板と、
前記コイル層の前記回転軸方向における前記第１磁束回路板が積層される側に積層され、前記第１磁束回路板との間に間隙を形成する第２磁束回路板と、
を有することを特徴とする角度検出器。
【請求項２】
前記コイル層は、コイルが巻回される巻芯を有し、
前記巻芯は、前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板に積層され、
前記コイルは、前記回転軸に垂直な方向から見て、前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板に重なって配置されることを特徴とする請求項１に記載の角度検出器。
【請求項３】
前記コイル層は、コイルが巻回される巻芯を有し、
前記コイルは、前記回転軸方向から見て、前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板に挟まれて配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角度検出器。
【請求項４】
前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板を前記コイル層とともに共通の支持板に固定する締結部材を有し、
前記締結部材の頭部は平面形状の平面部を備え、
前記平面部は、前記コイル層の表面と同一平面上、または、前記表面より前記支持板側に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の角度検出器。
【請求項５】
多気筒エンジンの燃焼室と通じる空気流量を調整する流量弁の開度を検出する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の角度検出器が、前記多気筒エンジンの各燃焼室に通じる少なくとも複数の吸気管の間および複数の排気管の間のいずれかに配置されることを特徴とする空気流量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転軸の回転角度検出器に関し、特に小型化が可能な、回転角度検出器および角度検出器を用いた空気流量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転シャフトと一体に回転可能に配設される円環状のロ―タと、該ロ―タに対し回転シャフトの軸方向における上下方向から挟み込むように対向して配設され、コイルが巻回される一対のヨークを備え、該コイルのインダクタンスがロ―タの回転角度に応じて変わることを利用してロータの回転角度を検出する磁気レゾルバとしての角度検出器が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８１２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、かかる従来の角度検出器においては、ロータを上下から挟むようにヨークを構成するため、上下のヨークの厚みにより、角度検出器を狭小な空間に配置するのが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、装置全体を薄型化できる角度検出器および空気流量調整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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の角度検出器の第１の特徴は、磁束回路板を通る磁束を回転子板の回転により変化させることで回転子板の回転角度を検出する角度検出器において、回転軸回りに回転する回転子板の回転軌道上に磁束を形成するコイル層と、コイル層の回転軸方向に積層される第１磁束回路板と、コイル層の回転軸方向における第１磁束回路板が積層される側に積層され、第１磁束回路板との間に間隙を形成する第２磁束回路板と、を有することである。
かかる特徴によれば、回転子板の回転による磁束の変化を検出する第１磁束回路板と第２磁束回路板とがコイル層の回転軸方向一端側に積層されることで、角度検出器を回転軸方向に薄くすることができる。
【０００７】
本発明の角度検出器の第２の特徴は、コイル層がコイルが巻回される巻芯を有し、巻芯が前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板に積層され、コイルが前記回転軸に垂直な方向から見て、前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板に重なって配置されることである。
かかる特徴によれば、コイルが巻回されるスペースが、前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板と同じ層に収まるので、多くの巻線を巻いてインダクタンスを大きくしつつ、薄型化を達成することができる。第１磁束回路板と第２磁束回路板とコイル層および回転子板とで構成される磁気回路の磁気抵抗が回転子板の回転に伴って変化することで回転子板の回転位置に応じたコイル層のインピーダンス変化を大きくとることができる。このように、薄型を確保しつつ、回転位置検出精度を高くすることができる。
また、巻芯にコイルを巻き回すことと、第１磁束回路板及び第２磁束回路板を磁芯に積層することを独立して行うことができ、複雑な工程を経ることなく装置を制作することができる。また、コイルの巻線を容易にすることができる。
【０００８】
本発明の角度検出器の第３の特徴は、コイル層がコイルが巻回される巻芯を有し、コイルが、前記回転軸方向から見て、第１磁束回路板および第２磁束回路板に挟まれて配置されることである。
かかる特徴によれば、コイルが巻回されるスペースが、前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板に挟まれた空間とできるので、前記第１磁束回路板および前記第２磁束回路板とコイルとが干渉することがない。よって、多くの巻線を巻いてインダクタンスを大きくしつつ、薄型化を達成することができる。第１磁束回路板と第２磁束回路板とコイル層および回転子板とで構成される磁気回路の磁気抵抗が回転子板の回転に伴って変化することで回転子板の回転位置に応じたコイル層のインピーダンス変化を大きくとることができる。また、磁気ギャップである間隙を形成する上部磁束回路板と下部磁束回路板とが回転軸に垂直な面内で互いに離間して配置されることとなり、かかる離間距離は巻芯の長さに対応することになる。よって、かかる平面方向の離間距離の自由度により巻線数を所望の値に確保できるようになる。よって、検出コイルのインダクタンスを所望値とすることができ、回転位置の検出精度を向上させることができる。このように、薄型を確保しつつ、回転位置検出精度を高くすることができる。
また、巻芯にコイルを巻き回すことと、第１磁束回路板及び第２磁束回路板を磁芯に積層することを独立して行うことができ、複雑な工程を経ることなく装置を制作することができる。また、コイルの巻線を容易にすることができる。
【０００９】
本発明の角度検出器の第４の特徴は、上述の第１磁束回路板及び第２磁束回路板をコイル層とともに共通の支持板に固定する締結部材を有し、締結部材の頭部は平面形状の平面部を備え、平面部は、コイル層の表面と同一平面上、または、表面より支持板側に配置されることである。
かかる特徴によれば、第１磁束回路板及び第２磁束回路板をコイル層とともに締結部材で固定することで、取り付け位置の調整を可能にして高精度にすることができる。また、締結部材の頭部を平面形状の平面部にすることで角度検出器を薄型にすることができる。さらに、平面部を、コイル層の表面と同一平面上、または、表面より支持板側に配置することでより一層薄型化を可能とすることができる。
【００１０】
本発明の空気流量調整装置の特徴は、上述の角度検出器を有する空気流量調整装置であって、多気筒エンジンの燃焼室と通じる空気流量を調整する流量弁の開度を検出する角度検出器が、多気筒エンジンの各燃焼室に通じる複数の吸排気管の間に配置されることである。
かかる特徴によれば、燃焼室間の間隔が規制される多気筒エンジンにおいても、角度検出器が薄型のため、その気筒間の規制間隔にかかわらず角度検出器を設置することができ、エンジン全体の小型化を確保することが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薄型性を達成し、回転軸方向に狭い空間にも設置できる角度検出器を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る回転子板が設置された角度検出器の斜視図である。
【図２】図１に示す回転子板が設置された角度検出器の平面図である。
【図３】図１に示す角度検出器の平面図である。
【図４】図１に示す回転子板が設置された角度検出器の断面図である。
【図５】図１に示す回転子板が設置された角度検出器における、セグメントの斜視図である。
【図６】図１に示す回転子板が設置された角度検出器において、セグメントに形成される磁束を示す断面図である。
【図７】図１の角度検出器が空気流量調整バルブのシャフトに固定される回転子板に設置された多気筒エンジンの吸排気通路における概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係る角度検出器について、図１から図７を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る角度検出器１はモータ等の回転角度を検出するレゾルバとして機能し、図１から図６に示されるように、円環状の支持板１０と、支持板１０に固定される複数の巻芯３と、巻芯３に巻き回されるコイル層２と、巻芯３の一端側に連結する第１磁束回路板４と、巻芯３の他端に連結する第２磁束回路板５と、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５に隙間を開けて軸方向に対向する回転子板６と、回転子板６と一体に回転可能に軸支された回転シャフト９を備えている。
【００１４】
支持板１０は、回転シャフト９が貫通可能な内孔を有し、中央部に該内孔が形成される環状の板部材で形成される。支持板１０には、ヨークである第１磁束回路板４と同じくヨークである第２磁束回路板５が締結部材としてのネジ８により取り付けられている。図５に示すように第１磁束回路板４は、ネジ８により固定される第１固定部１１と、第２磁束回路板５との間で磁気ギャップＧを形成する第１磁束形成部１５とを有している。同様に、第２磁束回路板５は、ネジ８により固定される第２固定部１２と、第１磁束回路板４との間で磁気ギャップＧを形成する第２磁束形成部１６とを有している。第１磁束形成部１５と第２磁束形成部１６とは互いに回転シャフト９に垂直な方向で対向しており、この対向部における磁気ギャップＧは第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５と同じ層に形成されている。支持板１０は十分な剛性を有しており、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５を相互に位置固定している。
【００１５】
巻芯３は長手方向を有する細長い板状で形成されている。長手方向の一端には、第１固定部１１と重なる第１端部１３が形成され、他端には、第２固定部１２と重なる第２端部１４が形成される。第１端部１３は、ネジ８により、第１磁束回路板４の第１固定部１１とともに支持板１０に締結固定され、第２端部１４は、ネジ８により、第２磁束回路板５の第２固定部１２とともに支持板１０に締結固定される。巻芯３は、第１端部１３と第２端部１４を両端に備える巻回部１７を有し、巻回部１７にコイルが巻かれることでコイル層２を形成している。巻回部１７と第１端部１３との間には、第１絶縁部１８が形成され、巻回部１７と第２端部１４との間には、第２絶縁部１９が形成される。これら絶縁部は、巻芯３に対して垂直に立設されて形成されており、コイルを巻回部付近に閉じ込め、外部から絶縁する役目を担っている。ここで、巻芯３と巻芯３に巻き回されるコイル層２と、巻芯３の一端側に巻芯３と厚み方向に重なるように連結して半径方向内側に延伸する第１磁束回路板４と、巻芯３の他端で第１磁束回路板４と同じ側の厚み方向に重なるように連結して半径方向内側に延伸する第２磁束回路板５とでセグメント７が構成されている。セグメント７は、周方向に間隔をあけて４個のセグメント７で構成される。４つのセグメント７は２対（２組）構成され、それぞれ１対のセグメント７は回転シャフト９を挟むように配置されている。つまり、１対のセグメント７ともう１対のセグメント７とは、回転シャフト９の回転軸Ｃを中心に略９０°ずれて配置されている。これらセグメント７が支持板１０の周方向に沿って配置されている。巻芯３はパーマロイ等の磁性材料からなる板状部材をプレス加工により形成されており、断面略短形の形状を有している。巻芯３に巻き回されるコイル層２は励磁用コイルＣＥと検出用コイルＣＤが巻き回されている。
【００１６】
第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５は、パーマロイ等の磁性材料からなる板状部材をプレス加工により形成されて、巻芯３と軸方向で対向する回転子板６とで磁気回路が構成される。第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５が回転子板６との対向する面積に対応して各セグメント７の磁気抵抗が変化することで、コイル層２のインピーダンスが変わることを利用して回転子板６の回転角度を検出するようになっている。
【００１７】
支持板１０に第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５が載置されて、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５の回転子板６と対向する領域よりも半径方向外側に、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５の回転子６と対向する側の面の上に端部を重ねてコイル層２がネジ８で固定されて配置されている。回転子板６が第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５と相対移動する移動範囲と離間しているため、コイル層２は回転子板６の動きに干渉しない。角度検出器１の非回転部の軸Ｃ方向の厚みは、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５を形成する磁性板と巻芯３を形成する磁性板の２枚を積層した２層で構成されており、薄型化されている。なお、軸Ｃは、この軸を回転対称軸としてセグメント７や回転シャフト９が配置されるものである。
【００１８】
なお、本実施形態では第１磁束回路板４の第１磁束形成部１５と第２磁束回路板５の第２磁束形成部１６とが支持板１０の内孔の内側に形成されており、ギャップＧ付近に生じる磁束を支持板１０が阻害しないようになっている。
【００１９】
コイル層２は、巻芯３に巻回されて、図４のような回転子板６の回転軸に垂直な方向から見て、回転子板６と重なるように形成されている。巻芯３にコイル層２を巻回した後、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５に固定できるため、コイル層２の巻線が容易である。
【００２０】
コイル層２は、コイルが巻回される巻芯３を有し、巻芯３は、第１磁束回路板４および第２磁束回路板５に積層され、コイルは、回転軸Ｃに垂直な方向から見て、第１磁束回路板４および第２磁束回路板５に重なって配置される。また、コイル層２は、コイルが巻回される巻芯３を有し、コイルは、回転軸Ｃ方向から見て、第１磁束回路板４および第２磁束回路板５に挟まれて配置される。磁気ギャップＧは、回転軸Ｃ方向から見て、回転子板６と重なる位置に形成される。また、磁気ギャップＧ、第１磁束形成部１５、および第２磁束形成部１６は、回転軸Ｃ方向から見て、コイル層２と重ならない位置に形成されている。コイル層２および巻芯３は、回転軸Ｃに垂直な方向から見て、回転子板６と重なる位置に配置されている。
【００２１】
巻芯３の第１絶縁部１８は板状に形成されており、かかる板状の第１絶縁部１８の平面は第１磁束回路板４の側面の平面と密着している。この位置関係により、第１絶縁部１８を有する巻芯３と第１磁束回路板４とが位置決めされている。同様に、巻芯３の第２絶縁部１９は板状に形成されており、かかる板状の第２絶縁部１９の平面は第２磁束回路板５の側面の平面と密着している。この位置関係により、第２絶縁部１９を有する巻芯３と第２磁束回路板５とが位置決めされている。これら巻芯３の絶縁部により、コイル層２と第１磁束回路板４および第２磁束回路板５とが相対的に位置決めされるので、コイル層２から発生される磁束が部品間の位置ずれに起因する不要な磁気抵抗を受けにくくなり、磁気効率が向上することになる。加えて、これら相対的な位置決めを巻芯３の絶縁部により行っているので、巻芯３の第１絶縁部１８および第２絶縁部１９は、コイルの絶縁と、第１磁束回路板４および第２磁束回路板５との位置決めと、と両方兼ねることができる。よって、かかる位置決めに要する位置決め部品を追加する必要がなく、角度検出器１の小型化、薄型化に一層貢献できる。
【００２２】
また、コイル層２が回転子板６と第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５の外周側に配置されてため、コイル層２を厚み方向に大きくできるとともに、巻芯３が回転軸に垂直な方向に巻線軸が配置されているため、巻線数を多くしてコイルのインダクタンスを大きくしても薄型化される。
【００２３】
ネジ８は、頭部に平面形状の平面部を備え、平面部は、コイル層２の表面と同一平面上、または、表面より支持板１０側に配置されており、角度検出器１が回転軸Ｃ方向に薄型化されている。また、巻芯３の第１絶縁部１８および第２絶縁部１９も、コイル層２の表面と同一平面上、または、表面より支持板１０側に配置されており、角度検出器１が回転軸Ｃ方向に薄型化されている。第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５とコイル層２は支持板１０に載置した後、取り付け位置及び角度を調整してからネジ８で締め付け固定できるため、微小な回転角度を正確に検出でき角度検出を高精度にできる。
【００２４】
支持板１０は、外周縁１０ａを有しており、第１磁束回路板４、第２磁束回路板５．およびコイル層２は、外周縁１０ａより回転軸Ｃ側に近い内方に配置されている。これにより、角度検出器１が外部から衝撃をうけても、支持版１０の外周縁１０ａが優先的に該衝撃を受けることになり、第１磁束回路板４、第２磁束回路板５．もしくはコイル層２が該衝撃を直接に受ける事態を抑制することができる。よって、薄型でも耐衝撃性に優れる角度検出器１を提供することができる。このような衝撃に強い構成は、レゾルバとして使用される本角度検出器に有利な利点となる。
【００２５】
図７は、多気筒エンジンの吸気通路に固定され、本実施例に係る回転角度検出器を備えた空気流量調節装置の実施例を示す。
空気流量調節装置２０には、図示しない吸気口と図示しないエンジンとの間の吸気通路２４内に円盤状のスロットルバルブ２３が設けられている。スロットッルバルブ２３はエンジンに流入する空気の流入の調整を行うものである。
【００２６】
スロットルバルブ２３は、駆動軸２２に対して回転自在に支持されている。スロットルバルブ２３の面が空気の流入方向に対して平行な姿勢にあるときがスロットルバルブ２３としては全開の状態であり、空気の流入方向に対して垂直な姿勢にあるときは全閉の状態である。
駆動軸２２の一方の端部には、スロットルモータ２１が設けられており、アクセル操作に応じてスロットルバルブ２３の開閉動作を行う。
【００２７】
駆動軸２２のスロットルモータ２１が取り付く他端側には角度検出器１が設けられている。角度検出器１はスロットルバルブ２３の開閉角度位置検出を行なって空気流量の調節を可能にする。角度検出器１が薄型のため、気筒間の間隔が規制される多気筒エンジンであっても、角度検出器１を各気筒に対応する配管間に配置することができ、角度検出精度に優れた角度検出器１を用いた空気流量調節装置の提供が可能である。
【００２８】
このように構成された本実施形態に係る角度検出器１によれば、図５に示されるように、コイル層２の励磁コイルに交流電流を流したときの１方向の通電状態のとき、当該セグメント７の巻芯３に矢印Ａで示されるように磁束が発生し、第１磁束回路板４から回転子板６、第２磁束回路板５を通って巻芯３に戻るように磁束が形成される（逆向きの電流が通電されたときは矢印Ａの磁束の向きは逆向きである）。巻芯３に形成された磁束は検出コイルに検出電圧を誘起する。各セグメント７は、軸方向で対向する回転子板６との対向する面積がセグメント毎に異なる構成であるため、回転子板６との相対位置によって第１磁束回路板４と第２磁束回路板５との間に磁気抵抗差が生じてコイル層２のインピーダンスが変化する。そのため、検出コイルの電圧がセグメント毎で回転子板６との相対位置によって異なることを利用して回転角度を検出する。
【００２９】
すなわち、本実施形態に係る角度検出器１は、非回転部の厚みが薄い場合であっても、回転子板６が第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５と相対移動する移動範囲と離間してコイル層２が配置されているため、コイルの巻線スペースを大きくすることができて、導線断面積を大きくして励磁電流を大きくすることが可能であり、検出コイルの巻数を多くしてインダクタンスを高くし、精度の良い位置検出をすることができる。よって、薄型な小型の角度検出器１を用いる場合においても、十分な角度位置検出精度を確保することができる。
【００３０】
また、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５とコイル層２は支持板１０にネジ８で固定するため、取り付け位置及び角度が調整可能で、角度検出を高精度にすることができる。
さらに、頭部に平面部を備えるネジ８であり、平面部は、コイル層２の表面と同一平面上、または、表面より支持板側に配置されているため、薄型化することができる。そして、かかる角度検出器１を空気流量調節装置として多気筒エンジンに組み込むことで、規制された気筒ブロック間隔であっても組み込むことが可能となる。よって、多気筒エンジンに組み込まれた空気流量調節装置のスロットルバルブ開閉角度精度を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態の角度検出器１は、４つの２対のセグメント７を備えることとしたが、これに限定されるものではなく、３対、４対、５対、・・・Ｎ対（Ｎは自然数）で構成することもできる。
また、第１磁束回路板４及び第２磁束回路板５とコイル層２は支持板１にネジ８で固定する構成としたが、これに限定されるものではない。たとえば、溶接、接着等で固定することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施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に変形することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    角度検出器
２    コイル層
３    巻芯
４    第１磁束回路板
５    第２磁束回路板
６    回転子板
７    セグメント
８    ネジ
９    回転シャフト
１０  支持台
１０ａ  外周縁
１１  第１固定部
１２  第２固定部
１３  第１端部
１４  第２端部
１５  第１磁束形成部
１６  第２磁束形成部
１７  巻回部
１８  第１絶縁部
１９  第２絶縁部
２０  空気流量調節装置
２１  スロットルモータ
２２  駆動軸
２３  スロットルバルブ（流量弁）
２４  吸気通路
Ｃ    回転軸
ＣＤ  検出コイル
ＣＥ  励磁コイル
ＶＤ  検出電圧
ＶＥ  励磁電圧
Ｇ    磁気ギャップ（間隙）
【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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