(57)【要約】【課題】コスト的に有利に全体のコンパクト化を実現でき、寸法公差内で回転体２が軸方向に変動しても回転角の検出精度に影響を与えず、良好な検出精度を維持する非接触形回転角センサ１を提供する。【解決手段】曲片状のマグネット３は、回転体２に設けられて内周縁部３ａおよび外周縁部３ｂが各磁極Ｓ、Ｎとなるように回転体２の放射方向に着磁されている。磁気検出素子４は、マグネット３の外周縁部３ｂから回転体２の放射方向に所定間隙のクリアランスＬｃをもって配置されてマグネット３からの磁束Ｈｉを受ける。マグネット３は、回転体２の回転に伴ってクリアランスＬｃの間隔幅が変化するように形成されている。磁気検出素子４がマグネット３から受ける磁束の変化により回転体２の回転角に応じた信号を出力する。【選択図】　　　　図３
2004138406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に伴ってマグネットから生じる磁束変化を磁気検出素子が受けて電気信号を出力することにより、前記回転体の回転角を非接触状態で検出する非接触形回転角センサにおいて、
前記マグネットは、曲片状に形成されてその内周縁部および外周縁部が各磁極となるように前記回転体の放射方向に着磁されて前記回転体の外周縁部に沿うように取り付けられており、
前記磁気検出素子は、前記回転体から放射方向に離れて前記マグネットの外周縁部から放射方向に離間する位置に配置され、
前記磁気検出素子の感磁面と前記マグネットとの間には、前記回転体の回転に伴って間隙幅が漸次変化するクリアランスが設けられていることを特徴とする非接触形回転角センサ。
【請求項２】
前記マグネットは、その内周縁部と外周縁部との間の間隔幅が周方向に沿って漸次増加あるいは減少するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の非接触形回転角センサ。
【請求項３】
前記マグネットは、その外周縁部の変曲割合が周方向に沿って漸次増加あるいは減少するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の非接触形回転角センサ。
【請求項４】
前記マグネットは、その内周縁部と外周縁部との間の間隔幅ならびに前記マグネットの外周縁部の変曲割合がともに周方向に沿ってそれぞれ漸次増加あるいは減少するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の非接触形回転角センサ。
【請求項５】
前記マグネットは、略三ヶ月片状、略弓片状あるいは略短円筒片状などの曲片部により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の非接触形回転角センサ。
【請求項６】
前記マグネットは、合成樹脂により一体的にモールド成形された保護層で被覆されており、この保護層からは突子が一体に延出されて前記回転体に形成した挿入孔に挿入後、変形固定手段により固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の非接触形回転角センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体に設けたマグネットの磁束を磁気検出素子が受けるように構成して回転体の回転角を検出する非接触形回転角センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の自動変速機などに組み込まれた操作機器や駆動機器には、マグネットおよび磁気検出素子を用いて回転体の回転角を検出する非接触形回転角センサが適用されている。この種の非接触形回転角センサには次のような構造を有するものがある。第１の構造では、シャフトに取り付けられた基盤に略螺旋状の磁性部材が設けられている。磁性部材に対して磁気検出素子がシャフトの軸方向に沿って対面するように設けられ、シャフトの回転によりリニアに変化するアナログ信号を発生する（例えば特許文献１参照）。第２の構造では、磁気抵抗素子として回転軸に同軸的に設けたホール素子と、ホール素子の周りに配置した一対の永久磁石とを備えている（例えば特許文献２参照）。第３の構造では、周回端が傾斜状に形成されたヨークが回転体として設けられ、ホール素子が傾斜状の周回端にヨークの軸方向に対向するように配置されている（例えば特許文献３参照）。
【０００３】
第４の構造では、回転体の径方向に永久磁石を配置し、ホール素子を磁気センサとして回転体と永久磁石との間に設置し、回転体側の突極と永久磁石から受ける磁束密度の変化を検出する（例えば特許文献４参照）。第５の構造では、回転軸の側溝に嵌合して回転軸の周方向に着磁させたマグネットとマグネットに対向状態に配置したホール素子を有する（例えば特許文献５参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−４１７６９号公報（第３−４頁、図２）
【特許文献２】
特開平２−１２２２０５号公報（第３−４頁、図１および図７）
【特許文献３】
特開平８−１０５７０６号公報（第４−６頁、図１）
【特許文献４】
特開２００１−２６４３４６号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献５】
特開２０００−１２１３０９号公報（第３−４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１の構造では、磁性部材に対して磁気検出素子が対面するように位置するので、温度上昇などに伴ってシャフトが寸法公差で軸方向にスラスト変動すると、磁性部材と磁気検出素子との間のギャップが大小変化する。このため、磁気検出素子の受ける磁束密度が変化して回転角の検出精度に影響する虞がある。第２の構造では、回転軸と同軸的なホール素子の周りに永久磁石を配置するため、占有空間が大きくなりコンパクト化が難しくなる。ホール素子が回転軸と同軸的に位置するので、自動変速機用のモータ駆動装置に直接適用することが難しくなる。
【０００６】
第３の構造では、ホール素子が傾斜状の周回端にヨークの軸方向に対向して配置されているため、軸方向の占有空間が大きくなりコンパクト化が難しくなる。寸法公差内でのヨークの軸方向の変動により、第１の構造と同様に、磁束密度が変化して回転角の検出精度に影響する虞がある。
【０００７】
第４の構造では、回転体の径方向に突極、磁気センサおよび永久磁石を配置し、永久磁石の着磁を回転体の軸方向に合致させている。このため、コスト的に割高になるとともに、位置検出装置の径方向および軸方向の占有空間が大きくなりコンパクト化が難しくなる。第５の構造では、マグネットは回転軸の周方向に着磁しているため、モータ駆動装置など外部磁界を発生する環境下にある場合、ホール素子付近の磁束線が乱れて回転角の検出精度に影響する虞がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされ、その目的は比較的簡素な構造で、コスト的に有利に省スペース化を図って全体のコンパクト化を実現でき、寸法公差内で回転軸が軸方向に変動しても回転角の検出精度に影響を与えず、モータ駆動装置など外部磁界を受ける環境下にあっても、磁力線の乱れが生じず磁気検出素子の検出精度が影響を受ける虞のない非接触形回転角センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（請求項１について）
非接触形回転角センサにおけるマグネットは、回転体の外周縁部に沿うように取り付けられている。このマグネットは、曲片状に形成されてその内周縁部および外周縁部が各磁極となるように回転体の放射方向に着磁されている。
磁気検出素子は、回転体から放射方向に離れてマグネットの外周縁部から放射方向に離間する位置に配置されている。磁気検出素子の感磁面とマグネットとの間には、回転体の回転に伴って間隙幅が漸次変化するクリアランスが設けられている。回転体の回転に伴ってマグネットから生じる磁束変化を磁気検出素子が受けて電気信号を出力することにより、回転体の回転角を非接触状態で検出する。
【００１０】
マグネットは曲片状をなすので、マグネットと磁気検出素子との間のクリアランスが回転体の回転に伴って漸次増加あるいは減少する方向に変化する。これにより回転体の回転角と磁気検出素子との出力との間に所定の出力特性が得られて回転角を高い信頼度で確実に検出することができる。
磁気検出素子は、回転体に設けたマグネットの外周縁部から放射方向に配置しているので、回転体の径方向および軸方向の占有空間が小さくて済む。このため、部品点数の少ない簡素な構造で、コスト的に有利に省スペース化を図って全体のコンパクト化を実現できて自動変速機などのモータ駆動装置に組み込み易くなる。
【００１１】
磁気検出素子をマグネットの放射方向に配置するとともに、マグネットを回転体の放射方向に着磁してマグネットからの磁束が磁気検出素子と垂直になるようにしている。このため、モータ駆動装置に組み込む場合、温度上昇などに伴ってモータ駆動装置の回転軸がスラスト方向に寸法公差内で変動して回転体が軸方向に変位しても、磁気検出素子とマグネットとの間のクリアランスは変わらない。この結果、磁気検出素子の受ける磁束に変動がほとんど生じず、回転角の検出精度に影響を与えることがなく良好な検出精度を維持することができる。マグネットを回転体の放射方向に着磁していることに伴い、モータ駆動装置に組み込まれてモータ駆動装置の外部磁界を受ける環境下にあっても、磁力線の乱れが生じず磁気検出素子の検出精度が影響を受ける虞がない。
【００１２】
（請求項２について）
マグネットは、その内周縁部と外周縁部との間の間隔幅が周方向に沿って漸次増加あるいは減少するように形成する。このため、マグネットの間隔幅を変化させることにより、回転体の回転に伴って変化する所望のクリアランスを容易に設定でき、実用上優れた線型などの出力特性を求めることができる。
【００１３】
（請求項３について）
マグネットは、その外周縁部の変曲割合が周方向に沿って漸次増加あるいは減少するように形成する。このため、マグネットの外周縁部の変曲割合を変化させることにより、請求項２と同様に所望のクリアランスを容易に設定できて有利な出力特性を自在に求めることができる。
【００１４】
（請求項４について）
マグネットは、その間隔幅ならびに外周縁部の変曲割合がともに周方向に沿ってそれぞれ漸次増加あるいは減少するように形成する。このため、マグネットの間隔幅および変曲割合の双方を変化させることにより、所望のクリアランスを迅速かつ容易に設定できて有利な出力特性を自在に求めることができる。
【００１５】
（請求項５について）
マグネットは、略三ヶ月片状、略弓片状あるいは略短円筒片状などの曲片部からなる。このため、マグネットを簡単な形状からコスト的に有利に製造することができ、とりわけ量産の場合に有益である。
【００１６】
（請求項６について）
マグネットは、合成樹脂により一体的にモールド成形された保護層で被覆されているため、損傷などから保護されて耐久性の向上により長寿命化が図られる。保護層からは突子が一体に延出されて回転体の挿入孔に挿入後、変形固定手段により固定されるため、比較的簡単な作業でマグネットを回転体に確実かつ迅速に取り付けることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
本発明に係る非接触形回転角センサ１は、図１に示すように回転体２、マグネット３および磁気検出素子４からなり、後述する自動変速機２７のモータ駆動装置５に組み込まれている。モータ駆動装置５のケーシング６内には、コイル７を巻回した積層鋼板を有するロータ８が設けられている。ロータ８は、軸受９、１０により支持された偏芯形の回転軸１１に取り付けられている。回転軸１１は、中央に偏芯部１１ａを有しており、偏芯部１１ａに軸受１２を介して曲線板１３を支持している。曲線板１３は、外ピン１４および内ピン１５とともにサイクロ減速機構１６を構成し、ロータ８の回転を例えば１／６０に減速する。曲線板１３上には、回転体２が軸受１０の回りに回転可能に設けられている。曲線板１３上に形成した内ピン１５を回転体２の透孔２ａに遊嵌している。回転体２の中央には、ボス部１８が一体に形成されて出力軸１９を嵌着している。
【００１８】
回転体２の外周部には、図２に示すように略三ヶ月片状、略弓片状あるいは略短円筒片状などの曲片部により形成されたマグネット３を固着している。マグネット３は、その内周縁部３ａと外周縁部３ｂとの間の間隔幅Ｄを先端部Ｆ１から後端部Ｆ２にわたって周方向に沿って漸次減少（あるいは増加）させることにより形成され、例えば先端幅Ｗ、後端幅Ｔおよび高さｈを順に５ｍｍ、１．５ｍｍおよび５ｍｍとしている。
【００１９】
この場合、マグネット３は、例えば異形ボンドマグネットであり、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮあるいはフェライト系などの磁性材料と樹脂材料とを約９５：５の重量比で混練して射出成形により形成されている。マグネット３は、その内周縁部３ａおよび外周縁部３ｂが各磁極Ｓ、Ｎとなるように回転体２の放射方向に着磁されている。なお、マグネット３の形成にあたっては、磁性材料と樹脂材料との射出成形に限らず強磁性金属片により形成してもよい。
【００２０】
マグネット３は、射出成形後にナイロンなどの合成樹脂により一体的にモールド成形された保護層２０で抱き込むように被覆されている。保護層２０の下面部からは、図２に二点鎖線で示すように一対の突子２１が延出されている。突子２１は、回転体２に形成した挿入孔２２に嵌め込み、突子２１の先端部を熱かしめなどにより取り付ける変形固定手段が施されている。これにより、接着剤などを用いなくともマグネット３を金属製の回転体２に一体的に固定することが可能になる。
【００２１】
回転体２におけるマグネット３の外周縁部３ｂから放射方向に離れた位置には、図３および図４に示すように非接触形回転角センサ１の磁気検出素子４が設けられている。磁気検出素子４は磁電変換素子をなすもので、具体的には図１に示すようにケーシング６から延出されたエルボ状のコネクタ部２３の基端部２３ａに取り付けられている。磁気検出素子４は、例えばインジウムアンチモン、シリコンなどの半導体材料からなるホール素子と増幅回路や温度補償回路などの付属回路を樹脂などにより一体的にパッケージ化したもので、マグネット３からの磁束を受ける面を感磁面４ａとしている。
【００２２】
磁気検出素子４は、マグネット３の外周縁部３ｂから放射方向に離れ、感磁面４ａとマグネット３の外周縁部３ｂとの間に所定間隙のクリアランスＬｃを有するように配置され、磁束Ｈｉが感磁面４ａに垂直となる関係に設定している。
モータ駆動装置５の駆動時、回転体２の回転に伴ってクリアランスＬｃの間隙幅が漸次変化し、磁気検出素子４の感磁面４ａがマグネット３からの磁束Ｈｉを磁束密度として受け、磁束密度の変化を電圧値の電気信号としてコネクタ部２３の端子２４および中間リード２５、２６を介して出力する（出力電圧）。ちなみに、図５は、回転体２の回転角と磁気検出素子４の出力電圧との間の出力特性を回転角対出力電圧特性として示す。この回転角対出力電圧特性によれば、実線Ｐで示すように０〜５５度の回転角範囲で出力電圧が回転角に比例して増加し、実用上優れた出力電圧特性領域に属する一次関係が得られる。
【００２３】
モータ駆動装置５を図６に示す自動変速機２７の制御機構２８に適用した場合、シフト操作部２９を前進の各速段あるいは後退位置にシフトすることにより、セレクト・シフト信号がアクチュエータ制御部３０に入力され、アクチュエータ制御部３０からセレクト実行信号がモータ駆動装置５に入力される。セレクト実行信号により、モータ駆動装置５が正回転または逆回転して、自動変速機２７内に設けられたミッションシフト・アクチュエータ（図示せず）を移動させる。
【００２４】
この時、非接触形回転角センサ１が図１の回転体２の回転角を検出し、磁気検出素子４の出力電圧をシフト位置信号としてアクチュエータ制御部３０にフィードバックする。アクチュエータ制御部３０は、シフト位置信号の値が予めプログラム化された値と合致した時点でモータ駆動装置５を停止し、アクチュエータ機構をシフト操作部２９で選定したセレクト位置に設定する。
【００２５】
上記構成によれば、マグネット３は曲片状に形成されているので、マグネット３と磁気検出素子４との間のクリアランスＬｃが回転体２の回転に伴って漸次変化する。これにより回転体２の回転角と磁気検出素子４との出力との間に所定の出力特性が得られて回転角を高い信頼度で確実に検出することができる。
磁気検出素子４は、回転体２に設けたマグネット３の外周縁部３ｂから放射方向に配置しているので、回転体２の径方向および軸方向の占有空間が小さくて済む。このため、部品点数の少ない簡素な構造で、コスト的に有利に省スペース化を図って全体のコンパクト化を実現できて自動変速機２７などのモータ駆動装置５に組み込み易くなる。
【００２６】
磁気検出素子４をマグネット３から放射方向に配置するとともに、マグネット３を回転体２の放射方向に着磁してマグネット３からの磁束Ｈｉが磁気検出素子４と垂直になるようにしている。このため、モータ駆動装置５に組み込む場合、温度上昇などに伴ってモータ駆動装置５の回転軸１１がスラスト方向に寸法公差内で変動して回転体２が軸方向に変位しても、図７の（イ）に示すように磁気検出素子４とマグネット３との間のクリアランスＬｃは変わらない。この結果、磁気検出素子４の受ける磁束に変動がほとんど生じず、回転角の検出精度に影響を与えることがなく良好な検出精度を維持することができる。図７の（ロ）に示すようにマグネット３を回転体２の放射方向に着磁していることに伴い、モータ駆動装置５に組み込まれてモータ駆動装置５の外部磁界を受ける環境下にあっても、磁力線Ｈｏの乱れが生じず磁気検出素子の４検出精度が影響を受ける虞がない。
【００２７】
なお、上記各実施例では、磁気検出素子４にホール素子を適用して出力電圧を求めたが、出力電流を求める場合はホール素子の代わりに磁気抵抗素子を用いてもよい。クリアランスＬｃを設定する際、マグネット３の成形にあたっては、マグネット３の間隔幅Ｄを変化させるものに限らず、マグネット３の外周縁部３ｂの変曲割合を周方向に沿って漸次増加あるいは減少させることにより行ってもよい。また、マグネット３の間隔幅Ｄならびにマグネット３の外周縁部３ｂの変曲割合を、ともに周方向に沿ってそれぞれ漸次増加あるいは減少させることにより行ってもよい。マグネット３は、略三ヶ月片状、略弓片状や略短円筒片状ばかりでなく、例えば放物線や楕円などの円錐曲線を含む曲片部に基づいて形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】非接触形回転角センサを組み込んだモータ駆動装置の縦断面図である。
【図２】マグネットを固定した回転体の斜視図である。
【図３】回転体の上面図である。
【図４】回転体の側面図である。
【図５】回転角対出力電圧特性を示すグラフである。
【図６】自動変速機の制御機構の概略図である。
【図７】（イ）、（ロ）は磁気検出素子の作用を示す概略図である。
【符号の説明】
１　非接触形回転角センサ
２　回転体
３　マグネット
４　磁気検出素子
５　モータ駆動装置
１９　出力軸
２０　保護層
２１　突子
２２　挿入孔
２７　自動変速機
３ａ　内周縁部
３ｂ　外周縁部
４ａ　感磁面
Ｌｃ　クリアランス
Ｎ、Ｓ　磁極
【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】
2004138406.tif 000008
【図７】
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