(57)【要約】【課題】回転軸の回転角度が精度良く検出でき、安価で、組み立て加工が容易な回転角検出装置を提供する。【解決手段】回転軸３の回転と伴に回転するヨーク１０の内側面に沿って対向する位置に２個の平行着磁された瓦状磁石２０、３０が設けられている。ヨーク１０の内空間の断面略中心位置Ｏには磁界方向検出装置４１が設けられている。磁界方向検出装置４１の周囲には、磁石２０、３０のより平行に近い磁界が発生している。ヨーク１０が回転して磁界方向検出装置４１に鎖交する磁界の方向が変化することにより変化する磁界方向検出装置４１の出力信号に基づいて、回転軸３の回転角を検出する。【選択図】        図１
2004251831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部材と、筒状部材の内側面に設けられた磁石と、磁石により発生する磁界中に設けられた磁界検出装置を備え、筒状部材と磁界検出装置が相対的に回転することで変化する磁界検出装置の出力信号に基づいて筒状部材と磁界検出装置の相対的な回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記磁石は、筒状部材の内側面に沿って対向する位置に２個設けられた湾曲状磁石であり、
磁界検出装置は、筒状部材の内空間の断面略中心位置で支持され、前記２個の湾曲状磁石により前記筒状部材の内空間に発生する磁界の方向を検出する回転角検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角検出装置であって、
前記２個の湾曲状磁石は平行着磁されている回転角検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転角検出装置であって、
前記２個の湾曲状磁石は、筒状部材の内空間の断面略中心位置を中心とする中心角が、磁界検出装置の前記断面略中心位置との位置ずれによる出力信号の誤差が所定値以下となる角度である回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図５に示すような回転角度センサ１０１には、回転軸（図示していない。）に連動して回転するヨーク１１０と、ヨーク１１０の内側面に沿って取り付けられていて内部を円形にくりぬいた形状の永久磁石１２０が設けられていた。また、ヨーク１１０の断面略中心位置にホール素子等を用いた磁界強度検出装置１７０が設けられていた。磁界強度検出装置１７０は、永久磁石１２０によりヨーク１１０内に発生した磁界が磁界強度検出装置１７０と鎖交する強さ（磁界の強度）に対応する信号を出力する。すなわち、回転軸に連動してヨーク１１０が回転すると、磁界強度検出装置１７０に鎖交する磁界の強度が変化し、磁界強度検出装置１７０の出力信号が変化する。回転角度センサ１０１は、これに基づいて回転軸の回転角を検出していた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、前記した構成の回転角度センサ１０１では、ヨーク１１０の回転角と、磁界強度検出装置１７０に鎖交する磁界の強度との特性が、直線的に変化する範囲が少なく広範囲の回転角を精度よく検出することができなかった。
そこで、図６に示すような回転角度センサ１０１ａでは、ヨーク１１０の内部に断面半円状の固定子１６０、１６１を設け、固定子１６０と固定子１６１の間でギャップ部１６２を形成している。そして、ギャップ部１６２に磁界強度検出装置１７０を設けている。このように、構成することで、磁界強度検出装置１７０に鎖交する磁界の方向はヨーク１１０が回転しても同一方向となる（図６では、下方向）。これにより、磁界強度検出装置１７０を用いて、回転軸の広範囲の回転角を良好に検出することができるようになった（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−７５２１３号公報
【特許文献２】
特開平８−３５８０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように固定子１６０、１６１を設けると、回転角検出装置の部品点数が増えてコストが高くなる。また、部品点数が増えることで組み立て加工の精密性が要求される。
そこで、本発明は、回転軸の回転角度が精度良く検出でき、安価で、組み立て加工が容易な回転角検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項１に記載の発明は、筒状部材（例えば、図１に示すヨーク１０）と、筒状部材の内側面に設けられた磁石（例えば、図１に示す磁石２０、３０）と、磁石により発生する磁界中に設けられた磁界検出装置（例えば、図１に示す磁界方向検出装置４１）を備え、筒状部材と磁界検出装置が相対的に回転することで変化する磁界検出装置の出力信号に基づいて筒状部材と磁界検出装置の相対的な回転角を検出する回転角検出装置であって、前記磁石は、筒状部材の内側面に沿って対向する位置に２個設けられた湾曲状磁石であり、磁界検出装置は、筒状部材の内空間の断面略中心位置で支持され、前記２個の湾曲状磁石により前記筒状部材の内空間に発生する磁界の方向を検出する。
請求項１に記載の回転角検出装置によれば、磁界検出装置は磁界の方向を検出するので、例えば、磁石の熱による磁力変化、熱膨張による磁界検出装置の位置のずれ、回転軸の磨耗等による磁界検出装置の位置のずれ等による影響が少ないため、回転軸の回転角度が精度良く検出できる。また、湾曲状磁石の、筒状部材の断面中心位置（回転軸の中心位置）に対する取り付け位置のずれによる影響が少なく、回転角検出装置の組み立てが容易である。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角検出装置であって、２個の湾曲状磁石は平行着磁されている。
請求項２に記載の回転角検出装置によれば、湾曲状磁石が平行着磁されることで、磁界検出装置の周囲に発生する磁界が一層平行に近くなり、回転軸の回転角度を一層精度良く検出することができる。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転角検出装置であって、前記２個の湾曲状磁石は、筒状部材の内空間の断面略中心位置を中心とする中心角が、磁界検出装置の前記断面略中心位置との位置ずれによる出力信号の誤差が所定値以下となる角度である。
ここで、“湾曲状磁石の、筒状部材の内空間の断面略中心位置を中心とする中心角”とは、湾曲状磁石の内周面と端面が形成する角と断面略中心位置（湾曲状磁石の内径と断面略中心位置）で決定される扇型の中心角である。
請求項３に記載の回転角検出装置によれば、磁界検出装置の取り付け位置のずれによる出力信号の誤差が所定値以下となる構成であるので組み立て加工が一層容易である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１、第２の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
◆第１の実施の形態
第１の実施の形態の回転角検出装置１の構成を図１を用いて説明する。
図１の（Ｂ）に、回転角検出装置１の縦断面図を示す。回転角度を検出する被検出体であるスロットルバルブ等の回転軸３の端部にハウジング２が設けられている。ハウジング２は、例えば、円盤部２ａ、円筒部２ｂ、係止部２ｃで縦断面が略Ｃ字状に構成されている。回転軸３が円盤部２ａに固定されているので、ハウジング２は回転軸３の回転に伴って回転する。円筒部２ｂの縁周内部には、回転角検出装置１の円筒形のヨーク１０が、円盤部２ａと係止部２ｃとに挟まれた状態で固定されている。図１の（Ａ）には、回転角検出装置１の横断面図（図１の（Ｂ）のＧ−Ｇ断面図）を示す。図１の（Ａ）に示すように、ヨーク１０の内空間において断面略中心位置Ｏを挟んで対向する位置には、ヨーク１０の内側面に沿って２個の湾曲状の磁石２０、３０が設けられている。磁石２０、３０の構成の詳細は後述するが、２個の磁石２０、３０は、それぞれ、図１の（Ａ）において上下方向に平行着磁されている。そして、ヨーク１０の内空間に平行な磁界を発生させる。ここで、断面略中心位置Ｏは回転軸３の略中心位置である。
【００１０】
また、所定の位置に固定された基板５０に対して垂直方向であり、回転軸３と同方向を長手方向にして棒状の支持部材４０が取り付けられている。支持部材４０の端部は、ヨーク１０の内空間の断面略中心位置Ｏに位置するように設けられている。そして、支持部材４０の前記端部には、磁界方向検出装置４１が取り付けられている。
ここで、磁界方向検出装置４１は、磁界方向検出装置４１に鎖交する磁界の方向に応じたリニアな出力信号を出力する、例えば、磁気抵抗素子を用いたＩＣである。
【００１１】
ここで、前述した磁石２０、３０の構成の詳細について説明する。
磁石２０、３０は、図１の（Ａ）に示すように、例えば、ヨーク１０の内側面に沿って固定されている湾曲状のフェライト磁石である。フェライト磁石は希土類磁石と比較して軟らかくて靭性が高く、湾曲状に成形し易い。また、材料も低コストであり安価である。磁石２０、３０の外周面Ｓ１はヨーク１０の内側面と同じ径である。また、内周面Ｓ２は磁石２０、３０の厚みｄの分小さい径である。両端面Ｓ３は、断面略中心位置Ｏを通るヨーク１０の半径方向の面である。各磁石２０、３０の厚みｄは、例えば、加工の容易性を考慮して３ｍｍ程度が好ましい。
また、磁石２０、３０の内周面Ｓ２と端面Ｓ３で形成する角Ｐと断面略中心位置Ｏ（磁石２０、３０の内径と断面略中心位置Ｏ）で決定される扇形の中心角である湾曲角度θ１について、図２を用いて説明する。
湾曲角度θ１が適切である場合、図２の（Ｃ）に示すように、ヨーク１０の内空間で磁界方向検出装置４１の周囲に、磁石２０、３０により平行に近い磁界が発生する。
湾曲角度θ１が適切な角度よりも小さい場合、図２の（Ｄ）に示すように、ヨーク１０の内空間で磁界方向検出装置４１の周囲に発生する磁界が、湾曲角度が適切な場合と比較して平行ではなくなる。
湾曲角度θ１が適切な角度よりも大きい場合も、図２の（Ｅ）に示すように、ヨーク１０の内空間で磁界方向検出装置４１の周囲に発生する磁界が、湾曲角度が適切な場合と比較して平行ではなくなる。
湾曲角度θ１が適切である場合には、磁界方向検出装置４１の周囲に発生する磁界が平行に近いので、磁界方向検出装置４１の取り付け位置が、例えば、組み立て時に多少ずれても磁界方向検出装置４１が出力する信号に及ぼす影響が少ない。すなわち、磁界方向検出装置４１の許容できる取り付け位置のばらつきα（図１、図２に２点鎖線で示す。）が比較的大きい。湾曲角度θ１が適切ではないと、磁界方向検出装置４１の取り付け位置のばらつきαにより検出する磁界の方向がずれるので、磁界方向検出装置４１が磁界の方向に対応して出力する信号に誤差が生じ易くなる。すなわち、磁界方向検出装置４１の許容できる取り付け位置のばらつきαが比較的小さい。このため、組み立て加工に精度を要する。
【００１２】
そこで、図３に、磁石２０、３０が厚さ３ｍｍのフェライト磁石の場合の、磁石２０、３０の湾曲角度θ１（°）を横軸に、磁界方向検出装置４１の取り付け位置のばらつきによる誤差α（ｍｍ）（ｘ、ｙ、ｚ方向それぞれに、±０．７５ｍｍ程度）による最大出力誤差β（°）を縦軸に表したグラフを示す。
これによれば、最大出力誤差β（°）のしきい値を、図３の縦軸に示すβ＝２．５°に設定すれば、磁石２０、３０の湾曲角度θ１（°）は、８０〜１３０°の間のいずれかの角度が好ましい。
また、最大出力誤差β（°）のしきい値をβ＝０．４°に設定すれば、磁石２０、３０の湾曲角度θ１（°）は、９５〜１０２°の間のいずれかの角度が好ましい。
このように、磁石２０、３０の湾曲角度θ１（°）を選択することで、最大出力誤差β（°）の許容値を決定することができる。例えば、湾曲角度θ１（°）を、９５〜１０２°の間のいずれかの角度に設定すれば、最大出力誤差β（°）をβ＝０．４°と小さくすることができる。
【００１３】
次に、第１の実施の形態の動作を説明する。
湾曲角度θ１を適切に設定した場合、ヨーク１０内の空間で磁界方向検出装置４１の周囲には、前述のように、図２の（Ｃ）に示すような平行に近い磁界が発生している。そこで、回転軸３の回転に伴ってハウジング２に設けられたヨーク１０及び磁石２０、３０が回転すると、その回転角に応じて磁界方向検出装置４１を鎖交する磁界の方向が変化する。これにより、磁界方向検出装置４１の出力信号が変化する。磁界方向検出装置４１の出力信号が出力される制御装置（図示していない。）では、磁界方向検出装置４１の出力信号に基づいて、回転軸３の回転角度が算出される。
磁界方向検出装置４１は制御装置を備えていて、回転軸３の回転角度を算出した結果を出力するようにしてもよい。
【００１４】
以上のように、磁界方向検出装置４１、及び磁界方向検出装置４１をヨーク１０の内空間の断面略中心位置Ｏで支持する支持部材４０、及び基板５０の組み立てが容易である。
また、第１の実施の形態では、磁界検出装置として磁界方向検出装置４１を用い、ヨーク１０の内空間に発生する磁界の方向から回転角を検出している。これによれば、磁界検出装置に鎖交する磁界の強度から回転角を検出する場合と違い、広範囲の回転角度を精度よく検出することができるので、図６に示すような固定子１６０、１６１を設ける必要もなく、部品点数を減らしてコストを低減することができる。
【００１５】
◆第２の実施の形態
第２の実施の形態の回転角検出装置１ａの構成を図４を用いて説明する。
回転角検出装置１ａでは、第１の実施の形態の回転角検出装置１の磁石２０、３０と相違する形状の磁石２０ａ、３０ａを用いる。磁石２０ａ、３０ａの材質、着磁方向等、形状以外の要件は第１の実施の形態と同様である。
第１の実施の形態では、磁石２０、３０の端面は、断面略中心位置Ｏからヨーク１０への半径方向で両端面Ｓ３を形成しているが、第２の実施の形態の磁石２０ａ、３０ａの端面は、磁石２０ａ、３０ａの端部は着磁方向と垂直な面Ｓ３ａと平行な面Ｓ３ｂとから形成されている。
第２の実施の形態の回転角検出装置１ａでは、磁石２０ａ、３０ａの内周面Ｓ２と端面Ｓ３ａで形成する角Ｐａと断面略中心位置Ｏ（磁石２０、３０の内径と断面略中心位置Ｏ）で決定される扇形の中心角を湾曲角度θ２とする。
湾曲角度θ２も、第１の実施の形態の湾曲角度θ１と同様、磁界方向検出装置４１の取り付け位置のばらつきによる誤差α（ｍｍ）（ｘ、ｙ、ｚ方向それぞれに、±０．７５ｍｍ程度）による最大出力誤差β（°）のしきい値βをβ＝２．５°に設定すれば、８０〜１３０°の間のいずれかの角度が好ましい。
その他の構成、及び動作は、回転角検出装置１と同様である。
回転角検出装置１ａによれば、磁石２０ａ、３０ａの端部（端面Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）が破損し難く磁石２０ａ、３０ａの加工が容易であり、組み立てが一層容易である。
【００１６】
本発明の構成及び動作は、第１及び第２の実施の形態に限定されるものではない。
第１、第２の実施の形態では、磁石２０、３０、２０ａ、３０ａが３ｍｍのフェライト磁石の場合について説明したが、磁石の種類は実施の形態に限定されるものではない。磁界方向検出装置４１は、磁石の種類によって違った特性を示すので、磁石の種類毎に取り付け位置のばらつきα（ｍｍ）による出力誤差との関連から、磁石２０、３０、２０ａ、３０ａの厚さや湾曲角度を選定する。
第１、第２の実施の形態では、ヨーク１０が回転軸３の回転とともに回転し、磁界方向検出装置４１は固定されている場合について説明したが、磁界方向検出装置４１が回転軸３の回転とともに回転し、ヨーク１０は固定されていてもよい。この場合、磁界方向検出装置４１が回転軸３に固定されている。回転角検出装置は、ヨーク１０と磁界方向検出装置４１が相対的に回転している回転角がわかるように構成されていればよい。
また、磁界検出装置は、磁界方向検出装置４１ではなくてもよく、ヨーク１０の内空間で磁界を検出して、回転軸の広範囲の回転角が精度良く検出できるものであればよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３に記載の回転角検出装置によれば、回転軸の回転角度が精度良く検出でき、組み立て加工が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回転角検出装置１の横断面図、及び縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態によりヨーク１０の内空間に発生する磁界の方向の説明図である。
【図３】第１の実施の形態の、磁石２０、３０の湾曲角度θ１（°）と、磁界方向検出装置４１の位置のばらつきによる出力誤差β（°）の特性を示すグラフである。
【図４】第２の実施の形態の回転角検出装置１ａの横断面図である。
【図５】従来技術を説明する図である。
【図６】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１、１ａ                    回転角検出装置
２                          ハウジング
３                          回転軸
１０                        ヨーク
２０、３０，２０ａ、３０ａ  磁石
４１                        磁界方向検出装置
α                          磁界方向検出装置４１の取り付け位置のばらつき
β                          磁界方向検出装置４１の出力誤差のしきい値
θ１、θ２                    湾曲角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004251831.tif 000006
【図５】
2004251831.tif 000007
【図６】
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