(57)【要約】【課題】簡単な構成で永久磁石の小型化が図られ、コストが低減される。【解決手段】この発明に係る回転角検出装置は、回転体に固定される永久磁石１０と、永久磁石１９のＳ極側に端面が固定された第１の案内部材１１ａと、永久磁石１０のＮ極側に端面が固定されているとともに先端部１１ｂ１が第１の案内部材１１ａの先端部１１ａ１と対面した第２の案内部材１１ｂと、第１の案内部材１１ａの先端部１１ａ１と第２の案内部材１１ｂの先端部１１ｂ１との間に形成された空隙に配置しているとともに非回転体に固定される磁気抵抗体１２ａ、１２ｂとを備え、磁気抵抗体１２ａ、１２ｂが空隙において永久磁石１０で生じた磁束の方位の変化を検出することで、回転体の回転角を検出するようになっている。【選択図】図２
2005233768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定される永久磁石と、
この永久磁石のＳ極側に端面が固定された第１の案内部材と、
前記永久磁石のＮ極側に端面が固定されているとともに先端部が前記第１の案内部材の先端部と対面した第２の案内部材と、
前記第１の案内部材の前記先端部と前記第２の案内部材の前記先端部との間に形成された空隙に配置しているとともに非回転体に固定される磁気抵抗体とを備え、
前記磁気抵抗体が前記空隙において前記永久磁石で生じた磁束の方位の変化を検出することで、前記回転体の回転角を検出するようになっている回転角検出装置。
【請求項２】
前記第１の案内部材及び前記第２の案内部材はそれぞれ先端部が鈎状の帯形状で、かつ同一形状である請求項１に記載されている回転角検出装置。
【請求項３】
前記第１の案内部材及び前記第２の案内部材はそれぞれ先端部が鈎状でかつ同一形状であり、また前記回転体の軸線に沿って視たときにそれぞれがほぼ円弧状であるとともに、互いに対向した前記第１の案内部材の両端面と前記第２の案内部材の両端面との間にはそれぞれ前記永久磁石が介在している請求項１または請求項２に記載されている回転角検出装置。
【請求項４】
前記磁気抵抗体は、前記回転体の軸線に沿って視たときに、前記空隙の中心部に配置されている請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載されている回転角検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗体は、前記先端部における前記回転体の前記軸線方向での厚さ寸法の１．５倍以内の前記空隙の領域に配置されている請求項２ないし請求項４の何れか１項に記載されている回転角検出装置。
【請求項６】
前記空隙は、前記永久磁石の前記回転体の前記軸線方向での厚さ寸法よりも１．５〜２倍の距離、離れた箇所に形成されている請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載されている回転角検出装置。
【請求項７】
前記磁気抵抗体の検出可能範囲に対し、前記回転体の検出必要範囲をそれよりも小となるように設定し、かつ前記磁気抵抗体の検出可能範囲の中央値が、前記回転体の検出必要範囲の中央値に対応するようになっている請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載されている回転角検出装置。
【請求項８】
前記回転体は、吸気通路内の開口度を調整する絞り弁に固定されたシャフトであり、非回転体は、前記絞り弁を収納したボディに固定されたハウジングである請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載されている回転角検出装置。
【請求項９】
前記磁気抵抗体は、前記ハウジングにインサートモールド成形で一体化されている請求項８に記載されている回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気抵抗体と磁石を用いて被検出体の回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転角検出装置として、回転軸の端部に永久磁石が取り付けられているとともに、回転軸の軸線上で永久磁石から離れかつ回転軸に直交して磁気抵抗センサが配置され、この磁気抵抗センサが永久磁石によって発生した回転軸に直交する方向の磁束に対して感応して回転軸の回転角を検出ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９４５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記回転角検出装置では、永久磁石から発生する磁束の大半は磁気抵抗センサが感応する領域以外に漏れてしまい、永久磁石自体が大きくなってしまい、コストが嵩むという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、簡単な構成で永久磁石の小型化が図られ、コストが低減される回転角検出装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転角検出装置は、回転体に固定される永久磁石と、この永久磁石のＳ極側に端面が固定された第１の案内部材と、前記永久磁石のＮ極側に端面が固定されているとともに先端部が前記第１の案内部材の先端部と対面した第２の案内部材と、前記第１の案内部材の前記先端部と前記第２の案内部材の前記先端部との間に形成された空隙に配置しているとともに非回転体に固定される磁気抵抗体とを備え、前記磁気抵抗体が前記空隙において前記永久磁石で生じた磁束の方位の変化を検出することで、前記回転体の回転角を検出するようになっている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る回転角検出装置では、永久磁石で発生した磁束は案内部材で案内されて磁気抵抗体に通過し、磁気抵抗体以外の領域への磁束の漏れは低減され、それだけ永久磁石の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の回転角検出装置が組み込まれたエンジン用吸気制御装置（以下、吸気制御装置と呼ぶ）を示す側断面図、図２は図１に示された回転角検出装置の斜視図である。
この吸気制御装置では、直流電流により駆動する駆動モータ１の軸２にモータ平歯車３が固定されている。このモータ平歯車３には樹脂製の中間歯車４が歯合している。この中間歯車４には扇形形状の樹脂製の最終平歯車５が歯合している。この最終平歯車５には非磁性材料で構成されカップ状のインサート部材６が埋設されている。このインサート部材６は、回転体であるシャフト９の端部に固定されている。このシャフト９は、ボディ７に対して第１の軸受８ａ、第２の軸受８ｂを介して回転自在に支持されている。シャフト９には絞り弁２０が固定されている。
【００１０】
シャフト９の第２の軸受８ｂ側の端面には矩形状の永久磁石１０が固定されている。永久磁石１０の両端面には、Ｌ字形状の第１の案内部材１１ａ及び第２の案内部材１１ｂが固定されている。同一形状の第１の案内部材１１ａ及び第２の案内部材１１ｂは、最終平歯車５と一体化されている。第１の案内部材１１ａの先端部１１ａ１と第２の案内部材１１ｂの先端部１１ｂ１との間の空隙には第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂが重ねられている。フェールセーフとして一対設けられた第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂは、それぞれ第１の演算回路部材１３ａ、第２の演算回路部材１３ｂが接続されている。第１の磁気抵抗体１２ａ、第２の磁気抵抗体１２ｂ、第１の演算回路部材１３ａ及び第２の演算回路部材１３ｂは、モータ平歯車３、中間歯車４及び最終平歯車５を覆ってボディ７に固定されたハウジング１４にインサートモールド成形により一体化されている。
【００１１】
上記回転角検出装置は、上記永久磁石１０、上記第１の案内部材１１ａ及び上記第２の案内部材１１ｂ、上記第１の磁気抵抗体１２ａ及び上記第２の磁気抵抗体１２ｂ、並びに上記第１の演算回路部材１３ａ及び上記第２の演算回路部材１３ｂにより構成されている。
以下、この回転角検出装置の構成について図３及び図４に基づいて詳述する。
この回転角検出装置では、矩形状の永久磁石１０がシャフト９の中心軸線とＮ極及びＳ極の中立軸線が一致するようにシャフト９の片側端面に固定されている。この永久磁石１０のＳ極側には、永久磁石１０と断面形状が同じである第１の案内部材１１ａの端面が固定されている。永久磁石１０のＮ極側には、永久磁石１０と断面形状が同じである第２の案内部材１１ｂの端面が固定されている。磁束の漏れを抑制し、案内するとともに磁路を形成するための一対の第１の案内部材１１ａ及び第２の案内部材１１ｂは、それぞれの先端部１１ａ１、１１ｂ１が鈎形状であり、その先端部１１ａ１、１１ｂ１間には、第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂがそれぞれ配置されている。第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂのそれぞれの中心軸線は永久磁石１０の中立軸線と一致している。従って、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂと先端部１１ａ１との間の空隙部Ａの距離と、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂと先端部１１ｂ１との間の空隙部Ｂの距離とは等しい。
【００１２】
また、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂは、シャフト９の軸線方向の永久磁石１０の高さｂに対して（１．５〜２）倍永久磁石１０から離して配置されている。
また、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂは、最も磁束の流れが安定した第１及び第２の案内部材１１ａ、１１ｂの先端部の厚さａに対して１．５倍以下の空隙部Ａ、Ｂの高さ内に配置されている。
【００１３】
上記構成の吸気制御装置では、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度センサ（図示せず）からのアクセル開度信号がエンジン制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）に入力される。ＥＣＵでは絞り弁２０が所定の開度となるように駆動モータ１に通電し、駆動モータ１の軸２が回転する。そして、軸２が回転することにより、中間歯車４、最終平歯車５が回転する。これにより、最終平歯車５と一体のシャフト９が所定の回転角度だけ回転し、ボディ７に形成された吸気通路内において絞り弁２０は所定の回転角度に保持される。
一方、磁束方位検出型である第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂは、シャフト９と一体的に回転する永久磁石１０からの磁力線の方位を検出し、第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂからの出力信号が第１の演算回路部材１３ａ、第２の演算回路部材１３ｂで演算処理された後、出力端子１３ａ１、１３ｂ１を通じてＥＣＵに絞り弁２０の開度信号として送られる。この開度信号によってＥＣＵはどれだけ燃料をシリンダ内に噴射するかを判断する。磁束の動作範囲θは絞り弁２０が全閉である０°から全開である９０°の範囲であり、この範囲では、図５に示すように第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂはそれぞれリニアリティに応答する。
【００１４】
上記構成の吸気制御装置の回転角検出装置では、永久磁石１０から発生する磁束は、図３の矢印Ｉの方向に、即ち永久磁石１０のＮ極、第２の案内部材１１ｂ、空隙部Ｂ、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂ、空隙部Ａ、第１の案内部材１１ａ及び永久磁石１０のＳ極により形成された磁気回路経路に沿って流れ、永久磁石１０で生じた磁束の大部分は、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂを通過するので、永久磁石１０を必要以上に大きくする必要性はなく、小型化されコストが低減される。また、漏れ磁束による周辺の部品への影響が抑制される。
また、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂは、空隙部Ａの寸法と空隙部Ｂの寸法とが等しい位置に配置されているので、時計方向及び反時計方向のシャフト９の回転変動に対して、磁束の方位の変化を正確に検出することができる。
また、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂは、シャフト９の軸線方向の永久磁石１０の高さｂに対して（１．５〜２）倍、永久磁石１０から離して配置されているので、磁気回路を通らず永久磁石１０のＮ極からＳ極へ直接漏れる微小な磁束の影響を受け難い。
また、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂは、隣接した磁束間が平行で最も磁束の流れが安定した第１及び第２の案内部材１１ａ、１１ｂの厚さａの領域に対して、１．５倍以下の空隙部Ａ、Ｂの高さ内に配置されており、安定した磁束を検出することが可能となる。
【００１５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２の回転角検出装置を示す斜視図、図７は図６の回転角検出装置を示す側面図、図８は図６の回転角検出装置を示す平面図、図９は図６の回転角検出装置を第２の案内部材の背面から視たときの側面図である。
この実施の形態では、シャフト９の軸線に沿って視たときに、ほぼ円弧状の第１の案内部材２２ａと、この第１の案内部材２２ａと同一形状の第２の案内部材２２ｂとが、第１の永久磁石２１ａ、第２の永久磁石２１ｂを介して対向している。即ち、第１の案内部材２２ａの両端面に、それぞれ第１の永久磁石２１ａ、第２の永久磁石２１ｂのＳ極端面が固定され、第２の案内部材２２ｂの両端面に、それぞれ第１の永久磁石２１ａ、第２の永久磁石２１ｂのＮ極端面が固定され、全体が円形状の回転本体５０が形成されている。
磁束の漏れを抑制し、案内するための一対の第１の案内部材２２ａ及び第２の案内部材２２ｂのそれぞれの鈎状の先端部２２ａ１、２２ｂ１間には、第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂがそれぞれ配置されている。第１の磁気抵抗体１２ａ及び第２の磁気抵抗体１２ｂのそれぞれの中心軸線は回転本体５０の中心軸線と一致している。
従って、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂと先端部２２ａ１との間の空隙部Ａの距離と、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂと先端部２２ｂ１との間の空隙部Ｂの距離とは等しい。
【００１６】
上記構成の回転角検出装置では、第１の永久磁石２１ａから発生する磁束は、図８の矢印ＩＩの方向に、即ち第１の永久磁石２１ａのＮ極、第２の案内部材２２ｂ、空隙部Ｂ、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂ、空隙部Ａ、第１の案内部材２２ａ及び第１の永久磁石２１ａのＳ極により形成された磁気回路経路に沿って流れ、第１の永久磁石２１ａで生じた磁束の大部分は、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂを通過する。
また、第２の永久磁石２１ｂから発生する磁束は、図８の矢印ＩＩＩの方向に、即ち第２の永久磁石２１ｂのＮ極、第２の案内部材２２ｂ、空隙部Ｂ、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂ、空隙部Ａ、第１の案内部材２２ａ及び第２の永久磁石２１ｂのＳ極により形成された磁気回路経路に沿って流れ、第２の永久磁石２１ｂで生じた磁束の大部分は、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂを通過する。
【００１７】
上記の回転角検出装置によると、第１の永久磁石２１ａ、第２の永久磁石２１ｂで生じた磁束の大部分は、外部に漏れることなく第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂを通過するので、永久磁石１０を必要以上に大きくする必要性はなく、小型化されコストが低減される。また、漏れ磁束による周辺の部品への影響が抑制される。
また、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂの検出可能範囲に対し、回転体３０の検出必要範囲をそれよりも小となるように設定し、かつ第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂの検出可能範囲の中央値が、回転体３０の検出必要範囲の中央値に対応するようにすることで、回転角検出装置の検出可能範囲中で最も出力が安定しリニアリティが確保される。
【００１８】
また、この回転角検出装置は、図１０〜図１２に示すように、回転本体５０をその中心軸線が回転体３０の中心軸線と一致させて回転体３０に固定させ、円板状の回転体３０の中心部に回転軸３１の端部を挿入してかしめることで、回転体３０及び回転軸３１に対して簡単に組み立てられる。なお、この例では、第１及び第２の磁気抵抗体１２ａ、１２ｂ、並びに第１及び第２の演算回路部材１３ａ、１３ｂはモールド部材３３でインサートモールドされている。
【００１９】
実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３の回転角検出装置を示す側断面図である。
この実施の形態では、内部にカップ状の非磁性材料（例えばオーステナイト系ステンレス鋼材）からなるプレート３５が内部にインサートモールドされて歯車３４が形成されている。この歯車３４の中央部に形成された凹部に、案内部材２２ａ、２２ｂ及び永久磁石２１ａ、２１ｂが収まっている。
従って、この回転角検出装置は、非磁性材料で囲まれているので、外部からの外乱磁界の影響が低減され、信頼性が向上する。
【００２０】
なお、この発明に係る回転角検出装置は、絞り弁の開度を検出するエンジン用吸気制御装置以外の各種の回転体の回転角を検出する装置にも適用することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１の回転角検出装置が組み込まれたエンジン用吸気制御装置を示す側断面図である。
【図２】図１に示された回転角検出装置の斜視図である。
【図３】図２の回転角検出装置の側面図である。
【図４】図２の回転角検出装置の平面図である。
【図５】図１に示された絞り弁と回転角検出装置の出力との関係図である。
【図６】この発明の実施の形態２の回転角検出装置を示す斜視図である。
【図７】図６の回転角検出装置を示す側面図である。
【図８】図６の回転角検出装置を示す平面図である。
【図９】図６の回転角検出装置を第２の案内部材の背面から視たときの図である。
【図１０】図６の回転角検出装置が回転体に組み込まれたときを示す側断面図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】図１０の回転角検出装置を第２の案内部材から視たときの図である。
【図１３】この発明の実施の形態３の回転角検出装置を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  駆動モータ、７  ボディ、９  シャフト（回転体）、１０  永久磁石、１１ａ，２２ａ  第１の案内部材、１１ｂ，２２ｂ  第２の案内部材、１２ａ  第１の磁気抵抗体、１２ｂ  第２の磁気抵抗体、２０  絞り弁、２１ａ  第１の永久磁石、２１ｂ  第２の永久磁石。
【図１】
2005233768.tif 000003
【図２】
2005233768.tif 000004
【図３】
2005233768.tif 000005
【図４】
2005233768.tif 000006
【図５】
2005233768.tif 000007
【図６】
2005233768.tif 000008
【図７】
2005233768.tif 000009
【図８】
2005233768.tif 000010
【図９】
2005233768.tif 000011
【図１０】
2005233768.tif 000012
【図１１】
2005233768.tif 000013
【図１２】
2005233768.tif 000014
【図１３】
2005233768.tif 000015