(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの一端部に設けられており、前記シャフトと一体に回転自在なマグネットと、
エアギャップを介して前記マグネットと対向配置されており、前記マグネットにより生じた磁界を検出することにより前記シャフトの回転角を検出するセンサと、を備え、
前記マグネットは、Ｎ極に対応する第１半部とＳ極に対応する第２半部とにより構成されており、かつ、前記第１半部と前記第２半部間に穴部又は磁気シールド体が設けられており、
前記センサは、前記穴部又は前記磁気シールド体に跨る前記磁界を検出するものであり、
前記マグネットに前記穴部が設けられており、
前記穴部は、前記マグネットにおける前記センサに対する対向面部に形成された凹部により構成されている
ことを特徴とする回転式アクチュエータ。
【請求項２】
シャフトの一端部に設けられており、前記シャフトと一体に回転自在なマグネットと、
エアギャップを介して前記マグネットと対向配置されており、前記マグネットにより生じた磁界を検出することにより前記シャフトの回転角を検出するセンサと、を備え、
前記マグネットは、Ｎ極に対応する第１半部とＳ極に対応する第２半部とにより構成されており、かつ、前記第１半部と前記第２半部間に穴部又は磁気シールド体が設けられており、
前記センサは、前記穴部又は前記磁気シールド体に跨る前記磁界を検出するものであり、
前記マグネットに前記穴部が設けられており、
前記穴部は、前記マグネットにおける前記センサに対する対向面部に形成された第１凹部と、当該対向面部に対する裏面部に形成された第２凹部とにより構成されている
ことを特徴とする回転式アクチュエータ。
【請求項３】
シャフトの一端部に設けられており、前記シャフトと一体に回転自在なマグネットと、
エアギャップを介して前記マグネットと対向配置されており、前記マグネットにより生じた磁界を検出することにより前記シャフトの回転角を検出するセンサと、を備え、
前記マグネットは、Ｎ極に対応する第１半部とＳ極に対応する第２半部とにより構成されており、かつ、前記第１半部と前記第２半部間に穴部又は磁気シールド体が設けられており、
前記センサは、前記穴部又は前記磁気シールド体に跨る前記磁界を検出するものであり、
前記マグネットに前記磁気シールド体が設けられており、
前記磁気シールド体は、前記マグネットにおける前記センサに対する対向面部に配置されている
ことを特徴とする回転式アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の回転式アクチュエータを用いたＶＧアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転式アクチュエータと、この回転式アクチュエータを用いたＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）アクチュエータとに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用のＶＧターボチャージャが開発されている。また、ＶＧターボチャージャにおけるノズルベーンの開度を制御するアクチュエータ、いわゆる「ＶＧアクチュエータ」が開発されている。ＶＧアクチュエータには、電制の回転式アクチュエータが用いられている。【０００３】
ＶＧアクチュエータには、マグネット及びセンサを用いてシャフトの回転角を検出する機構が設けられている。すなわち、マグネットはシャフトの一端部に設けられており、シャフトと一体に回転自在である。センサは、いわゆる「エアギャップ」を介してマグネットと対向配置されている。センサは、マグネットにより生じた磁界を検出することにより、シャフトの回転角を検出する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０２９８８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、センサにより検出可能な磁束密度の値の範囲（以下「検出可能範囲」という。）は、センサの仕様により所定の範囲に定められている。このため、シャフトの回転角を検出する機構において、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが求められる。しかしながら、センサの位置における磁束密度は以下の要因により変動するため、当該磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが困難であった。【０００６】
第一に、ＶＧアクチュエータは複数の部品により構成されており、各部品の寸法バラツキを吸収する観点から各部品の設計寸法に余裕を持たせている。このため、ＶＧアクチュエータは部品間のガタツキを有しており、このガタツキによりエアギャップの幅が変動する。センサの位置における磁束密度は、エアギャップの幅が小さくなるにつれて二次関数状に大きくなる。ここで、ガタツキを低減してエアギャップの幅の変動量を小さくするために、各部品を高寸法精度化することが考えられる。しかしながら、この場合、各部品の単価が増大して、ＶＧアクチュエータの単価も増大する問題があった。【０００７】
第二に、マグネットにより生ずる磁界の磁束密度は、環境温度に応じて変動する。このため、センサの位置における磁束密度も環境温度に応じて変動する。よって、仮に各部品の高寸法精度化によりエアギャップの幅の変動量を小さくしても、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることは困難であった。【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが容易な回転式アクチュエータ及びＶＧアクチュエータ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】
【０００９】
本発明の回転式アクチュエータは、シャフトの一端部に設けられており、シャフトと一体に回転自在なマグネットと、エアギャップを介してマグネットと対向配置されており、マグネットにより生じた磁界を検出することによりシャフトの回転角を検出するセンサと、を備え、マグネットは、Ｎ極に対応する第１半部とＳ極に対応する第２半部とにより構成されており、かつ、第１半部と第２半部間に穴部又は磁気シールド体が設けられており、センサは、穴部又は磁気シールド体に跨る磁界を検出するものである。マグネットには穴部が設けられており、穴部は、マグネットにおける前記センサに対する対向面部に形成された凹部により構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記のように構成したので、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが容易な回転式アクチュエータ及びＶＧアクチュエータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転式アクチュエータの要部を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るマグネットの平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】穴部を有しないマグネットを用いた場合における、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。
【図５】穴部を有するマグネットを用いた場合における、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。
【図６】穴部を有しないマグネットを用いた場合における、エアギャップの幅に対する、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界によるセンサの位置における磁束密度を示す特性図である。
【図７】穴部を有するマグネットを用いた場合における、エアギャップの幅に対する、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界によるセンサの位置における磁束密度を示す特性図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る他のマグネットの平面図である。
【図９】図８に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る他のマグネットの平面図である。
【図１１】図１０に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る他のマグネットの平面図である。
【図１３】図１２に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転式アクチュエータの要部を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るマグネットの平面図である。図３は、図２に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図１〜図３を参照して、実施の形態１の回転式アクチュエータ１００について、車載用のＶＧアクチュエータに応用した例を中心に説明する。
【００１４】
図中、１はギアである。図示しないモータが駆動することにより、ギア１が回転するようになっている。この回転軸Ａ１に沿うように、略棒状のシャフト２が設けられている。すなわち、ギア１はシャフト２の一端部に設けられており、シャフト２の他端部には出力レバー３が設けられている。シャフト２はギア１と一体に回転するものであり（図１に示す矢印Ａ２参照）、シャフト２が回転することにより出力レバー３が回動するようになっている。出力レバー３の回動により、図示しないＶＧターボチャージャに設けられたノズルベーンの開度が変化するようになっている。
【００１５】
また、シャフト２の一端部には略円盤状のマグネット４が設けられている。マグネット４はシャフト２と一体に回転自在であり、Ｎ極に対応する略半円盤状の部位（以下「第１半部」という。）４ＮとＳ極に対応する略半円盤状の部位（以下「第２半部」という。）４Ｓとにより構成されている。第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間には、穴部４２が設けられている。すなわち、穴部４２はマグネット４の中心部に配置されており、回転軸Ａ１上に配置されている。図２及び図３に示す如く、穴部４２は、回転軸Ａ１に沿う略円柱状の貫通孔により構成されている。
【００１６】
図中、５はセンサである。センサ５は、電子回路基板６に実装されており、エアギャップ７を介してマグネット４と対向配置されている。センサ５は、マグネット４により生じた磁界のうちの検出面５１に沿う方向（図１に示す矢印Ａ３参照）の成分を検出することにより、シャフト２の回転角を検出するものである。すなわち、センサ５は磁気センサを用いた回転角センサにより構成されている。
【００１７】
ここで、センサ５は回転軸Ａ１上に配置されている。センサ５は、少なくとも、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界、すなわち穴部４２に跨る磁界を検出するようになっている。
【００１８】
ギア１、シャフト２、マグネット４、センサ５及び電子回路基板６などの部品は、図示しないハウジング内に収容されている。ここで、ギア１、シャフト２、出力レバー３及びマグネット４などの部品を一体に組み立ててなる部材８は、ハウジングに対して回転軸Ａ１に沿う方向のガタツキを有している。このガタツキは、これらの各部品の寸法バラツキを吸収する観点から、これらの各部品の設計寸法に余裕を持たせているために生ずるものである。ハウジングに対する部材８のガタツキにより、エアギャップ７の幅Ｗが変動するようになっている。
【００１９】
このようにして、回転式アクチュエータ１００の要部が構成されている。
【００２０】
次に、図４〜図７を参照して、マグネット４に穴部４２を設けたことによる効果について説明する。
【００２１】
図４は、仮に穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合における、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。図５は、穴部４２を有するマグネット４を用いた場合における、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界、すなわち穴部４２に跨る磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。
【００２２】
図４及び図５の各々において、破線の太さ及び色の濃淡が磁束密度の大きさを表している。図４及び図５に示す如く、穴部４２を有するマグネット４を用いることにより、穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合に比して、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。
【００２３】
図６は、仮に穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合における、エアギャップ７の幅Ｗに対する、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界によるセンサ５の位置における磁束密度Ｂを示す特性図である。図７は、穴部４２を有するマグネット４を用いた場合における、エアギャップ７の幅Ｗに対する、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界、すなわち穴部４２に跨る磁界によるセンサ５の位置における磁束密度Ｂを示す特性図である。
【００２４】
図６及び図７の各々において、ΔＷは部材８のガタツキにより幅Ｗが変動する範囲を示しており、ΔＢはセンサ５により検出可能な磁束密度Ｂの値の範囲、すなわち検出可能範囲を示しており、Ａ４はΔＷ×ΔＢによる領域を示している。また、Ｉは環境温度が略−４０℃であるときの特性線を示しており、ＩＩは環境温度が略１５０℃であるときの特性線を示しており、ＩＩＩは環境温度が略２５℃であるときの特性線を示している。
【００２５】
すなわち、特性線Ｉが領域Ａ４内に含まれる範囲において、センサ５は略−４０℃の温度環境にてシャフト２の回転角を正常に検出することができる。特性線ＩＩが領域Ａ４内に含まれる範囲において、センサ５は略１５０℃の温度環境にてシャフト２の回転角を正常に検出することができる。特性線ＩＩＩが領域Ａ４内に含まれる範囲において、センサ５は略２５℃の温度環境にてシャフト２の回転角を正常に検出することができる。
【００２６】
穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさが大きくなる（図４参照）。このため、エアギャップ７の幅Ｗが小さいとき、センサ５の位置における磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる（図６に示す領域Ａ５参照）。この結果、特性線Ｉ〜ＩＩＩが領域Ａ４から外れて、センサ５がシャフト２の回転角を正常に検出することができなくなる。
【００２７】
図６に示す例においては、環境温度が略−４０℃である場合、エアギャップ７の幅Ｗが略１．９ミリメートル（ｍｍ）未満のとき、磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる。環境温度が略１５０℃である場合、エアギャップ７の幅Ｗが略１．２ｍｍ未満のとき、磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる。環境温度が略２５℃である場合、エアギャップ７の幅Ｗが略１．７ｍｍ未満のとき、磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる。
【００２８】
これに対して、穴部４２を有するマグネット４を用いることにより、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる（図５参照）。これにより、穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合に比して、幅Ｗの減少に対する磁束密度Ｂの増加を緩やかにすることができる（図６及び図７参照）。この結果、エアギャップ７の幅Ｗにかかわらず、また環境温度にかかわらず、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることができる（図７参照）。
【００２９】
すなわち、穴部４２を有するマグネット４を用いることにより、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることが容易となる。また、各部品の高寸法精度化が不要であるため、各部品の単価増大を防ぐことができ、回転式アクチュエータ１００の単価増大を防ぐことができる。さらに、エアギャップ７の幅Ｗを小さくしてもセンサ５がシャフト２の回転角を検出できるため、回転式アクチュエータ１００の小型化を実現することができる。
【００３０】
なお、穴部４２の形状は、図２及び図３に示す貫通孔に限定されるものではない。穴部４２は、少なくとも、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成されたものであれば良い。
【００３１】
具体的には、例えば、図８及び図９に示す如く、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された略半球状の凹部により構成されたものであっても良い。これにより、図５に示す例と同様に、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。この結果、マグネット４に貫通孔を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
または、例えば、図１０及び図１１に示す如く、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された略半球状の凹部（以下「第１凹部」という。）４２ａと、当該対向面部に対する裏面部に形成された略半球状の凹部（以下「第２凹部」という。）４２ｂとにより構成されたものであっても良い。これにより、図５に示す例と同様に、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。この結果、マグネット４に貫通孔を設けた場合、又はセンサ５に対する対向面部のみに凹部を設けた場合と同様の効果を得ることができる。また、マグネット４の対向面部側の半部の形状と裏面部側の半部の形状とが互いに対称となるため、マグネット４の成型及び部材８の組立てを容易にすることができる。
【００３３】
また、マグネット４は、穴部４２に代えて、磁気シールド材料を用いた磁気シールド体を設けたものであっても良い。具体的には、例えば、図１２及び図１３に示す如く、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に略円盤状の磁気シールド体４３が配置されたものであっても良い。これにより、図５に示す例と同様に、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。この結果、マグネット４に穴部４２を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、回転式アクチュエータ１００の用途はＶＧアクチュエータに限定されるものではなく、車載用のアクチュエータに限定されるものでもない。しかしながら、車載用のアクチュエータ、特にＶＧアクチュエータにおいては、環境温度の変動が激しく、また振動により部材８のガタツキが生じ易い。このため、センサ５の位置における磁束密度Ｂが変動し易く、実施の形態１の回転式アクチュエータ１００を用いるのに好適である。
【００３５】
以上のように、実施の形態１の回転式アクチュエータ１００は、シャフト２の一端部に設けられており、シャフト２と一体に回転自在なマグネット４と、エアギャップ７を介してマグネット４と対向配置されており、マグネット４により生じた磁界を検出することによりシャフト２の回転角を検出するセンサ５と、を備え、マグネット４は、Ｎ極に対応する第１半部４ＮとＳ極に対応する第２半部４Ｓとにより構成されており、かつ、第１半部４Ｎと第２半部４Ｓ間に穴部４２又は磁気シールド体４３が設けられており、センサ５は、穴部４２又は磁気シールド体４３に跨る磁界を検出するものである。これにより、エアギャップ７の幅Ｗにかかわらず、また環境温度にかかわらず、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることができる。この結果、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることが容易となる。
【００３６】
また、穴部４２又は磁気シールド体４３は、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に設けられており、センサ５は、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界を検出するものである。これにより、図２及び図３、図８及び図９、図１０及び図１１、又は、図１２及び図１３に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
【００３７】
また、マグネット４に穴部４２が設けられており、穴部４２は、貫通孔により構成されている。これにより、図２及び図３に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
【００３８】
また、マグネット４に穴部４２が設けられており、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された凹部により構成されている。これにより、図８及び図９に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
【００３９】
また、マグネット４に穴部４２が設けられており、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された第１凹部４２ａと、当該対向面部に対する裏面部に形成された第２凹部４２ｂとにより構成されている。これにより、図１０及び図１１に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
【００４０】
また、マグネット４に磁気シールド体４３が設けられており、磁気シールド体４３は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に配置されている。これにより、図１２及び図１３に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
【００４１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の回転式アクチュエータは、例えば、車載用のＶＧアクチュエータに用いることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ギア、２  シャフト、３  出力レバー、４  マグネット、４Ｎ  第１半部、４Ｓ  第２半部、５  センサ、６  電子回路基板、７  エアギャップ、８  部材、４１Ｎ  中央部、４１Ｓ  中央部、４２  穴部、４２ａ  第１凹部、４２ｂ  第２凹部、４３  磁気シールド体、５１  検出面、１００  回転式アクチュエータ。
【図１】
0006690865.tif 000002
【図２】
0006690865.tif 000003
【図３】
0006690865.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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